2009년 무선공학개론 (국가직)

1단계: 무선통신과 유선통신의 전자파 간섭 특성 비교 • 무선통신은 물리적으로 차폐되지 않은 자유 공간을 공유 매체로 전파를 전송하므로, 동일 주파수 대역을 사용하는 주변 전자기기나 타 무선 기기로부터 전자파 간섭(EMI)을 받기 매우 쉽습니다. • 반면 유선통신은 금속 차폐막이 있는 동축케이블이나 빛을 도파하는 광섬유를 사용하므로 외부 전자기 간섭을 효과적으로 차단할 수 있습니다. • 따라서 무선통신이 유선통신에 비해 전자파 간섭을 줄일 수 있다고 기술한 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 전파 혼신과 간섭을 방지하기 위해 국가 및 국제 기관에서 정한 용도별 할당 주파수 대역을 사용해야 합니다. (옳은 설명) • ②번: 개방된 대기 채널을 통과하므로 다중경로 반사, 대기 잡음, 페이딩 등으로 인해 유선 방식보다 잡음이 훨씬 많이 발생합니다. (옳은 설명) • ④번: 아날로그 무선통신은 기저대역의 음성이나 영상 신호를 전송에 적합한 고주파 반송파의 진폭, 주파수, 위상 등에 실어 전송합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 무선통신의 특징으로 옳지 않은 것은 ③번입니다.

1단계: 구형 펄스 신호의 주엽(Mainlobe) 대역폭 분석 • 펄스 폭이 $\tau = 1\text{ ms} = 10^{-3}\text{ s}$인 단일 구형 펄스 $m(t)$의 스펙트럼은 푸리에 변환에 의해 $\text{sinc}(\tau f)$ 형태를 갖습니다. • 싱크 함수의 첫 번째 영점(First Null)은 $f = \frac{1}{\tau} = \frac{1}{10^{-3}} = 1\text{ kHz}$에서 발생하므로, 기저대역 신호의 단측 주엽 대역폭은 $1\text{ kHz}$입니다. 2단계: DSB-SC 변조 신호의 대역폭 계산 • DSB-SC(양측파대 억압반송파) 변조를 수행하면 기저대역 스펙트럼이 반송파 주파수 $f_c$를 기준으로 상하 양쪽으로 전개됩니다. • 따라서 변조된 신호의 주엽 주파수 범위(Null-to-Null 대역폭)는 기저대역 단측 대역폭의 2배가 됩니다: $$B_{\text{DSB}} = 2 \times \frac{1}{\tau} = 2 \times 1\text{ kHz} = 2\text{ kHz}$$ 최종 결과: • 변조된 신호의 대역폭은 ③번(2 kHz)입니다.

1단계: 셀룰러 핸드오버의 필수성 분석 • 셀룰러 망에서 통화 중인 단말기가 현재 기지국의 서비스 영역(셀)을 벗어나 인접 셀로 이동할 때, 통화 단절 없이 새로운 기지국의 통신 채널로 연결을 자동 전환해 주는 기술이 핸드오버(Handover)입니다. • 핸드오버 기능이 지원되지 않으면 셀 경계를 넘어서는 순간 통화가 끊어지므로 사용자의 연속적인 이동성을 보장할 수 없습니다. • 따라서 핸드오버 기능이 없어도 이동성을 보장할 수 있다고 설명한 ③번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: AMPS(Advanced Mobile Phone Service)는 FDMA 방식을 사용한 대표적인 1세대 아날로그 이동통신 방식입니다. (옳은 설명) • ②번: 셀룰러 개념은 간섭이 없는 일정 거리 이상 떨어진 셀에서 동일 주파수를 재사용함으로써 제한된 주파수로 대규모 가입자를 수용할 수 있게 합니다. (옳은 설명) • ④번: W-CDMA는 3GPP 표준화 기구에서 제정한 3세대(3G) 비동기식 광대역 이동통신 규격입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 이동통신시스템에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ③번입니다.

1단계: 펄스 레이더의 최대 비모호 탐지거리 공식 분석 • 펄스 레이더에서 다음 송신 펄스가 방사되기 전까지 반사파가 돌아와 모호성 없이 거리를 측정할 수 있는 최대 비모호 탐지거리 $R_{\text{unamb}}$ 공식: $$R_{\text{unamb}} = \frac{c \cdot T_{\text{PRI}}}{2} = \frac{c}{2 \cdot \text{PRF}}$$ ($c$: 전파 속도, $T_{\text{PRI}}$: 펄스 반복 주기, $\text{PRF}$: 펄스 반복 주파수) • 수식에서 볼 수 있듯이 펄스 반복 주파수(PRF)가 높을수록 펄스 간 간격(주기)이 짧아지므로, 최대 비모호 탐지거리는 반비례하여 감소합니다. • 따라서 PRF가 높을수록 최대 비모호 탐지거리가 증가한다고 설명한 ④번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 전파를 방사하여 표적으로부터 반사되어 돌아오는 시간과 도래각을 통해 거리 및 방위각을 측정합니다. (옳은 설명) • ②번: 하나의 안테나를 송수신 공용으로 사용할 때 고출력 송신 신호로부터 민감한 수신기를 보호하고 경로를 전환하기 위해 듀플렉서(송수신 절환기)를 사용합니다. (옳은 설명) • ③번: 펄스가 방사되는 지속시간 동안에는 수신기가 차단되므로 펄스 폭은 최소 탐지거리를 결정하는 주된 요소입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 펄스 레이더에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ④번입니다.

1단계: 전체 사용 가능 주파수 대역폭 계산 • AM 라디오 방송의 시작 주파수는 $525\text{ kHz}$, 종료 주파수는 $1,605\text{ kHz}$이므로 총 대역폭 $B_{\text{total}}$은 다음과 같습니다: $$B_{\text{total}} = 1,605 - 525 = 1,080\text{ kHz}$$ 2단계: 수용 가능한 방송 채널 수 계산 • 한 방송국당 할당된 점유 주파수 대역폭이 $9\text{ kHz}$이므로, 수용 가능한 채널 수 $N$은 다음과 같이 산출됩니다: $$N = \frac{B_{\text{total}}}{B_{\text{ch}}} = \frac{1,080\text{ kHz}}{9\text{ kHz}} = 120\text{ 채널}$$ 최종 결과: • 수용하는 채널 수는 ①번(120)입니다.

1단계: 나이키스트 표본화 정리(Nyquist Sampling Theorem) 적용 • 신호의 최고 주파수가 $f_{\max}$일 때, 에일리어싱(Aliasing) 왜곡 없이 원 신호를 완벽히 복원하기 위한 최소 표본화율 $f_s$는 신호 최고 주파수의 2배 이상이어야 합니다: $$f_s \ge 2 f_{\max}$$ 2단계: 최소 표본화율 계산 • $8\text{ kHz}$ 이상에서 성분이 없으므로 최고 주파수 $f_{\max} = 8\text{ kHz} = 8,000\text{ Hz}$입니다. • 수식에 대입하여 최소 표본화율을 구합니다: $$f_s = 2 \times 8,000 = 16,000\text{ samples/s}$$ 최종 결과: • 최소 표본화율은 ③번(16,000 sample/s)입니다.

1단계: PCM(펄스부호변조) 송신 과정 순서 분석 • 아날로그 정보 신호를 디지털 펄스 부호 열로 변환하는 PCM 송신기의 3대 핵심 변환 단계: 1. 표본화(Sampling): 연속적인 아날로그 파형을 일정한 시간 간격으로 채집하여 이산 시간의 펄스 진폭(PAM) 신호로 변환합니다. 2. 양자화(Quantization): 표본화된 연속적인 진폭 크기를 유한한 개수의 이산적인 대표 레벨 값으로 근사화합니다. 3. 부호화(Encoding): 양자화된 이산 대표값을 0과 1로 이루어진 이진 디지털 비트 열로 변환하여 채널로 송신합니다. 2단계: 올바른 순서 도출 • 따라서 올바른 구성 순서는 '정보신호 － 표본화 － 양자화 － 부호화 － 채널'입니다. 최종 결과: • 올바르게 나열한 것은 ④번입니다.

1단계: 다중경로 시간 지연확산과 페이딩 유형의 물리적 관계 분석 • 송신 신호가 다중경로를 거쳐 수신될 때 도달 시간 차이로 인해 지연확산($\tau_{\max}$)이 발생합니다. • 채널의 지연확산이 신호의 심벌 주기보다 크면($\tau_{\max} > T_s$), 채널의 상관 대역폭(코히런스 대역폭, $B_c \approx 1/\tau_{\max}$)이 신호의 전송 대역폭($W$)보다 좁아집니다 ($W > B_c$). • 이로 인해 전송 신호의 주파수 성분마다 감쇠와 위상 왜곡이 서로 다르게 나타나는데, 이를 주파수 선택적 페이딩(Frequency Selective Fading)이라고 합니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 느린 페이딩: 단말의 이동이나 원거리 지형 변화로 인해 수신 전력의 평균값이 서서히 변하는 섀도잉 현상입니다. • ③번 라이시안 페이딩: 다중경로 성분 외에 우세한 직시선(LOS) 성분이 직접 수신될 때의 페이딩 모델입니다. • ④번 빠른 페이딩: 단말의 이동 속도에 의한 도플러 확산으로 인해 채널 코히런스 시간이 심벌 주기보다 짧아져 시간 축 상에서 채널이 급변하는 현상입니다. 최종 결과: • 옳은 것은 ②번(주파수 선택적 페이딩)입니다.

1단계: 열잡음(Thermal Noise / Johnson-Nyquist Noise) 원리 분석 • 열잡음은 도체나 저항체 내부 전자의 열적 불규칙 운동에 의해 발생하는 잡음으로, 열잡음 전력 공식은 다음과 같습니다: $$N = k T B\text{ [W]}$$ (단, $k$는 볼츠만 상수, $T$는 절대온도 [K], $B$는 대역폭 [Hz]) • 공식에서 볼 수 있듯이 절대온도 $T$가 낮아질수록 열잡음의 크기 $N$은 비례하여 작아집니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번, ②번: 열잡음은 주파수에 관계없이 전 주파수 대역에 걸쳐 밀도가 평탄한 백색 잡음(White Noise) 특성을 가집니다. • ③번: 펄스나 스파이크 형태는 충격 잡음(Impulse Noise)에 해당하며, 열잡음은 가우스 분포(정규 분포)를 따르는 연속 잡음입니다. 최종 결과: • 옳은 설명은 ④번입니다.

1단계: 안테나별 주로 사용되는 동작 주파수 대역 분류 • 카세그레인 안테나(Cassegrain Antenna): 주 반사경(파라볼라)과 부 반사경(쌍곡면)을 갖춘 기하광학적 반사판 안테나로, 파장이 매우 짧은 극초단파(UHF), 초고주파(SHF), 밀리미터파 이상(주로 3 GHz ~ 수십 GHz 대역의 위성통신 및 레이더)에서 고이득·고지향성을 얻기 위해 주로 사용됩니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 헬리컬 안테나: 주로 VHF ~ UHF 대역에서 원형 편파를 얻기 위해 사용됩니다. • ②번 롬빅(마름모) 안테나: 주로 단파(HF, 3 ~ 30 MHz) 대역의 장거리 전리층 반사 통신에 사용됩니다. • ④번 루프 안테나: 주로 장파(LF), 중파(MF), 단파(HF) 대역의 수신 및 방향 탐지용으로 사용됩니다. 최종 결과: • 극초단파 이상에 사용되는 안테나는 ③번(카세그레인)입니다.

1단계: 전파 회절 현상의 정의 • 전파가 진행하는 경로 상에 빌딩이나 산악 등 전파가 투과하기 어려운 장애물이 있을 때, 전파가 모서리를 타고 뒤편의 음영 구역으로 휘어져 들어가는 현상을 회절(Diffraction)이라고 합니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번 직진성: 장애물이 없는 매질 내에서 전파가 직선 방향으로 나아가는 성질입니다. • ③번 간섭성: 둘 이상의 파동이 중첩되어 위상차에 따라 진폭이 커지거나 상쇄되는 현상입니다. • ④번 굴절성: 전파 속도가 다른 두 매질의 경계면을 비스듬히 통과할 때 진행 방향이 꺾이는 현상입니다. 최종 결과: • 장애물 뒤편에서 전파가 수신되는 특성은 ①번(회절성)입니다.

1단계: GPS 위성의 궤도 특성 및 공전 주기 분석 • GPS(NAVSTAR) 위성은 고도 약 20,200 km의 중궤도(MEO)에서 운용됩니다. • GPS 위성의 공전 주기는 약 12시간(정확히는 11시간 58분)으로 하루에 지구를 약 2바퀴 회전합니다. • 공전 주기가 24시간인 것은 정지궤도 위성(GEO)의 특성이므로 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 기본 GPS 위성군은 24개의 운용 위성(예비 위성 별도)으로 구성됩니다. (옳은 설명) • ②번: 지구 중심을 기준으로 55도 경사각을 갖는 6개의 궤도면에 위성들이 배치됩니다. (옳은 설명) • ④번: 지형지물 반사에 의한 다중경로 신호, 건물 차폐(섀도잉), 대기 굴절 등은 위치 오차를 유발합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • GPS에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ③번입니다.

1단계: 정지궤도 위성의 지연 시간 특성 분석 • 정지궤도 위성(GEO)은 적도 상공 약 35,786 km에 위치하여 지구 자전 주기와 동일하게 공전합니다. • 지구 표면과의 거리가 매우 멀기 때문에 전파가 왕복하는 데 최소 약 0.25초(250 ms) 이상의 전파 지연 시간이 소요됩니다. • 따라서 전파 지연 시간이 짧다고 기술한 ①번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: 정지궤도 이외의 비정지궤도 위성에는 저궤도(LEO), 중궤도(MEO), 고타원궤도(HEO) 등이 포함됩니다. (옳은 설명) • ③번: 저궤도 위성은 주파수와 서비스 용도에 따라 Little LEO(음성 제외 저속 데이터)와 Big LEO(음성 및 고속 데이터)로 분류됩니다. (옳은 설명) • ④번: 저궤도 위성은 지표면과 가까워 전파 경로 손실이 작으므로 단말기 송신 출력을 작게 설계할 수 있습니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ①번입니다.

1단계: 전송선로의 일반 특성임피던스 공식 확인 • 전송선로의 단위 길이당 분포 정수 $R$(저항), $L$(인덕턴스), $G$(컨덕턴스), $C$(커패시턴스)에 대해 특성임피던스 $Z_0$ 공식: $$Z_0 = \sqrt{\frac{R + j\omega L}{G + j\omega C}}$$ 2단계: 무손실 선로 조건 대입 • 무손실 전송선로는 도체 저항 손실과 유전체 누설 손실이 전혀 없는 선로이므로 $R = 0$, $G = 0$입니다. • 이를 공식에 대입하면 다음과 같습니다: $$Z_0 = \sqrt{\frac{j\omega L}{j\omega C}} = \sqrt{\frac{L}{C}}$$ 최종 결과: • 무손실 전송선로의 특성임피던스를 바르게 나타낸 것은 ①번입니다.

1단계: 블루투스의 사용 주파수 대역 확인 • 블루투스(IEEE 802.15.1)는 2.4 GHz(2,400 ~ 2,483.5 MHz) 대역의 비면허 ISM 대역을 사용합니다. • 주파수 단위를 GHz가 아닌 2.4 MHz로 잘못 표기하였으므로 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: UWB는 반송파 없이 나노초 단위의 좁은 펄스(임펄스)를 직접 전송하므로 무반송파(Carrier-free) 라디오라고도 불립니다. (옳은 설명) • ②번: 지그비(IEEE 802.15.4)는 배터리 소모를 최소화한 저전력·저비용 근거리 무선 메쉬 네트워크 기술입니다. (옳은 설명) • ④번: RFID는 자체 전원이 있는 능동형(Active)과 리더기의 유도 전자파를 전원으로 사용하는 수동형(Passive)으로 나뉩니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ③번입니다.

1단계: 레이더 거리 분해능과 펄스 폭의 관계식 수립 • 동일 선상에 위치한 두 표적을 개별적으로 구분할 수 있는 최소 표적 간격인 거리 분해능 $\Delta R$ 공식: $$\Delta R = \frac{c \cdot \tau}{2}$$ ($c$: 전파 속도 $3 \times 10^8\text{ m/s}$, $\tau$: 펄스 폭) 2단계: 펄스 폭 계산 및 단위 환산 • $\Delta R = 30\text{ m}$를 대입하여 $\tau$를 계산합니다: $$\tau = \frac{2 \Delta R}{c} = \frac{2 \times 30\text{ m}}{3 \times 10^8\text{ m/s}} = \frac{60}{3 \times 10^8} = 2 \times 10^{-7}\text{ s}$$ • 마이크로초 단위($1\text{ }\mu\text{s} = 10^{-6}\text{ s}$)로 환산합니다: $$\tau = 0.2 \times 10^{-6}\text{ s} = 0.2\text{ }\mu\text{s}$$ 최종 결과: • 레이더의 펄스 폭은 ④번(0.2 $\mu$s)입니다.

1단계: 계기착륙장치(ILS) 글라이드 패스의 특성 분석 • 글라이드 패스(Glide Path/Glide Slope)는 항공기가 활주로에 접지할 때까지 적절한 강하 각도(통상 약 3도)를 유지하도록 수직 방향의 강하 진입면 정보를 제공하는 시설입니다. • 사용 주파수는 328.6 ~ 335.4 MHz 범위의 UHF(극초단파) 대역 전파를 이용하므로 ①번 설명은 옳습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: 글라이드 패스는 90 Hz와 150 Hz 두 가지 저주파 톤으로 진폭 변조된 전파를 송출하여 상하 편차를 안내합니다. (200 Hz는 사용하지 않음) • ③번: 활주로 중심선의 좌우 연장면(수평 방위각) 정보를 제공하는 시설은 로컬라이저(Localizer, VHF 대역)입니다. • ④번: 글라이드 패스는 앙각 정보를 위한 평면형 유도 빔을 형성합니다. 최종 결과: • 글라이드 패스에 대한 설명으로 옳은 것은 ①번입니다.

1단계: TDMA 시스템의 가입자 용량 제한 분석 • 시분할 다중접속(TDMA) 방식은 할당된 주파수 대역폭을 시간 축에서 주기적인 타임슬롯으로 분할하여 다수 사용자가 공유하는 구조입니다. • 따라서 한 프레임 내에 물리적으로 배치 가능한 타임슬롯 수와 반송파 대역폭에 의해 동시 수용 가능한 최대 가입자 용량이 직접적으로 제한됩니다. • 용량이 제한되지 않는다고 기술한 ①번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: 아날로그 FDMA 방식(예: 1G AMPS)은 음성 신호를 직접 아날로그 주파수 변조하여 송출하므로 디지털 음성 부호화 과정이 필요 없습니다. (옳은 설명) • ③번: CDMA는 사용자마다 고유한 의사잡음(PN) 코드를 할당하여 다중접속을 구현합니다. (옳은 설명) • ④번: FDMA는 주파수 채널별로 대역이 완전 분리되어 있어 TDMA처럼 엄격한 슬롯 동기화가 요구되지 않습니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 다중접속방식 특징 중 옳지 않은 것은 ①번입니다.

1단계: 스펙트럼 확산과 TDMA의 동기화 특성 비교 • TDMA는 정밀하게 분할된 타임슬롯 내에 버스트 패킷이 정확히 맞물려 전송되어야 다른 사용자의 슬롯과 충돌하지 않으므로 타이밍 어드밴스 등 매우 엄격한 전송 시간 조정과 망 동기화가 필수적입니다. • 반면 직접 시퀀스 스펙트럼 확산(DS-SS, CDMA) 방식은 모든 사용자가 연속적으로 동시에 전송하며 수신단에서 부호 정렬(동기)을 수행하므로, TDMA에 비해 단말기 간 송신 타이밍 조정이 상대적으로 덜 엄격합니다. • 따라서 TDMA에 비해 정확한 전송시간 조정이 필요하다고 기술한 ④번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 신호 에너지를 넓은 대역으로 분산시키므로 협대역 간섭 및 전파 방해(재밍)에 매우 강합니다. (옳은 설명) • ②번: 의사잡음 부호를 알지 못하면 신호를 복조할 수 없어 신호 은폐 및 통화 비화성이 뛰어납니다. (옳은 설명) • ③번: 주파수 다이버시티 효과와 레이크(RAKE) 수신기를 통한 다중경로 분리 결합이 가능하여 페이딩 채널에 강인합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ④번입니다.

1단계: AM 라디오 방송의 주파수 대역 확인 • 표준 AM 라디오 방송은 약 535 kHz ~ 1,605 kHz 범위를 사용하므로 300 kHz ~ 3,000 kHz 사이의 중파(MF, Medium Frequency) 대역에 해당합니다. • HF(단파, High Frequency) 대역은 3 MHz ~ 30 MHz 범위로 국제 방송이나 원거리 선박 통신 등에 주로 이용됩니다. • 따라서 AM 방송을 HF 대역으로 연결한 ④번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 이동전화: 통상 800 MHz, 1.8 GHz, 2.1 GHz 등 UHF 대역(300 MHz ~ 3 GHz)을 주로 사용합니다. (옳은 연결) • ②번 FM 방송: 88 MHz ~ 108 MHz 범위를 사용하므로 VHF 대역(30 MHz ~ 300 MHz)에 속합니다. (옳은 연결) • ③번 지상파 TV 방송: 아날로그 방송 시절 VHF 대역(채널 2~13번)과 UHF 대역(채널 14~69번)을 함께 사용했습니다. (옳은 연결) 최종 결과: • 연결이 옳지 않은 것은 ④번입니다.