2010년 무선공학개론 (국가직)

1단계: 변조 방식별 위상 천이 특성 분석 • MSK(Minimum Shift Keying)는 변조지수가 0.5인 연속 위상 주파수 편이 변조(CPFSK)의 일종입니다. 심볼이 전환되는 경계 시점에서도 위상이 끊김 없이 부드럽고 연속적으로 변화하므로 급격한 위상 불연속이 발생하지 않습니다. • PSK, QAM, OQPSK 방식은 심볼 전환 순간에 위상이 계단식으로 급변하는 불연속 구간이 필연적으로 존재합니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 PSK: 전송 비트에 따라 반송파 위상을 직접 전환하므로 심볼 경계에서 최대 180도의 위상 도약(불연속)이 발생합니다. • ③번 OQPSK: QPSK의 180도 위상 급변을 줄이기 위해 동상(I)과 직교(Q) 채널을 반 심볼 오프셋시켰으나, 여전히 최대 90도의 위상 불연속이 존재합니다. • ④번 QAM: 진폭과 위상이 동시에 이산적으로 변화하므로 심볼 전환 시 위상 불연속이 발생합니다. 최종 결과: • 위상의 불연속이 발생하지 않는 변조방식은 ②번입니다.

1단계: 레이더 수신 감도와 전파 주파수 특성 분석 • 레이더의 수신 신호 강도 및 수신 감도는 송신 출력 증대, 안테나 지향 이득 향상, 방사 효율 개선, 수신기 내부 잡음지수(NF) 저감 등을 통해 향상시킬 수 있습니다. • 신호 주파수를 무작정 높이게 되면 전파 경로 상에서 비, 수증기, 대기 가스에 의한 흡수 및 산란 감쇠가 급격히 증가하여 오히려 원거리 표적에 대한 수신 전력 레벨이 크게 떨어질 수 있습니다. • 따라서 높은 주파수의 신호를 사용하는 것은 일반적인 수신 감도 향상 방법으로 적절하지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 안테나 이득을 높이면 특정 방향으로 방사 및 수신 빔이 집중되어 표적에 대한 감도가 높아집니다. (옳은 방법) • ②번: 송신 출력을 높이면 표적에서 반사되어 돌아오는 반사 전력의 절대량이 증가합니다. (옳은 방법) • ④번: 안테나 자체의 도체 손실과 유전체 손실을 줄여 안테나 효율을 높이면 수신 감도가 향상됩니다. (옳은 방법) 최종 결과: • 수신 감도를 높이기 위한 방법으로 옳지 않은 것은 ③번입니다.

1단계: 레이더 방정식의 최대 탐지거리 공식 분석 • 레이더 방정식에 따른 최대 탐지거리 $R_{\max}$ 관계식: $$R_{\max} = \left( \frac{P_t G_t G_r \lambda^2 \sigma}{(4\pi)^3 P_{r,\min}} \right)^{1/4}$$ ($P_t$: 송신전력, $G$: 안테나 이득, $\sigma$: 목표물의 유효 반사 단면적(RCS), $P_{r,\min}$: 최소 수신 전력) • 송신전력, 안테나 이득, 목표물의 RCS는 기본 레이더 방정식에 의해 최대 탐지거리를 직접 결정하는 요소입니다. 2단계: 펄스폭의 역할 검토 • 펄스폭 $\tau$는 두 목표물을 구별하는 거리 분해능($\Delta R = \frac{c\tau}{2}$)과 최소 탐지거리를 결정하는 요소이며, 기본 레이더 방정식의 최대 탐지거리를 직접 결정하는 변수가 아닙니다. 최종 결과: • 최대 탐지거리를 결정하는 요소로 옳지 않은 것은 ①번입니다.

1단계: 동기식(Coherent) 복조 회로의 구성 요소 분석 • 동기식 복조기는 수신된 변조 신호에 송신 반송파와 주파수 및 위상이 정확히 일치하는 기준 반송파를 곱하여 기저대역 신호로 하향 변환한 후 저역통과 필터로 정보 신호만을 추출합니다. • 따라서 국부 반송파를 재생하는 반송파 복구회로(PLL 등), 신호와 반송파를 곱하는 혼합기(Mixer), 불필요한 고주파 성분을 걸러내는 저역통과 필터(LPF)가 필수적으로 요구됩니다. 2단계: 포락선 검출기의 특성 검토 • 포락선 검출기(Envelope Detector)는 다이오드와 RC 저역 회로를 이용해 신호의 외곽선(진폭)을 복원하는 비동기식(Non-coherent) 복조 회로입니다. 동기식 수신기 구성에는 사용되지 않습니다. 최종 결과: • 동기식 수신기를 구성할 때 필요 없는 것은 ①번입니다.

1단계: 무궁화 위성의 궤도 특성 확인 • 우리나라의 상용 통신·방송 위성인 무궁화 위성(KOREASAT) 시리즈는 적도 상공 약 35,786 km 고도에서 지구의 자전 주기와 동일하게 공전하는 정지궤도(GEO) 위성입니다. 따라서 ②번 설명은 옳습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 적도 상공 약 36,000 km에서 공전 주기가 지구 자전 주기와 같은 위성은 중궤도 위성이 아니라 정지궤도 위성입니다. • ③번: 위성통신은 전리층을 투과해야 하므로 직진성이 우수한 마이크로파 대역(C, Ku, Ka 밴드 등 수 GHz 대역)을 주로 사용하며, 단파대(3 ~ 30 MHz)는 전리층 반사를 이용하는 지상 통신 대역입니다. • ④번: 약 36,000 km의 먼 거리를 왕복하므로 약 0.25초 이상의 전파 지연과 막대한 자유공간 경로 손실이 발생합니다. 최종 결과: • 위성 통신에 대한 설명으로 옳은 것은 ②번입니다.

1단계: HSDPA 기술의 네트워크 특성 분석 • HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)는 3.5세대 WCDMA 이동통신 규격으로, 전국 규모의 셀룰러 기지국 망을 기반으로 광역 이동 환경에서 고속 하향 패킷 데이터를 제공하는 이동통신 기술입니다. • 핫스팟(Hotspot)이라 불리는 특정 공공장소에 AP를 설치하여 서비스하는 기술은 무선랜(Wi-Fi)에 대한 설명이며, HSDPA의 특성이 아닙니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번 WiBro: IEEE 802.16e 표준을 기반으로 차량 이동 중에도 고속 무선인터넷을 지원하는 한국 주도의 모바일 와이맥스 서비스입니다. (옳은 설명) • ③번 WIPI: 통신사마다 달랐던 모바일 플랫폼을 통합하기 위해 제정된 한국형 무선 인터넷 표준 플랫폼입니다. (옳은 설명) • ④번 UWB(초광대역 기술): 수백 MHz 이상의 초광대역 주파수를 매우 낮은 전력 밀도로 송신하여 타 통신 신호에 간섭을 거의 주지 않는 근거리 무선 기술입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 설명 중 옳지 않은 것은 ①번입니다.

1단계: 페이딩 완화 다이버시티 기법 분석 • 다중경로 페이딩 환경에서는 신호 감쇠를 보상하기 위해 독립적인 채널 경로를 다수 확보하는 다이버시티 기술을 적용합니다: - 공간 다이버시티: 송수신 안테나 수를 늘려 안테나 간 이격 거리를 확보합니다. (①번 해당) - 주파수 다이버시티: 여러 반송파 주파수에 동일 정보를 나누어 전송합니다. (②번 해당) - 시간 다이버시티: 동일한 정보 심볼을 시간 간격을 두고 반복 전송합니다. (③번 해당) 2단계: 고밀도 성상도 변조 방식의 영향 검토 • 고밀도 성상도(예: 64-QAM, 256-QAM)를 사용하면 신호점 간의 유클리드 거리가 좁아지므로, 페이딩이나 잡음이 존재하는 환경에서는 심벌 판정 오류 확률이 급격히 증가합니다. • 페이딩에 대처하려면 오히려 BPSK나 QPSK와 같은 저밀도 저차 변조 방식을 사용해야 합니다. 최종 결과: • 페이딩 개선 방법으로 적당하지 않은 것은 ④번입니다.

1단계: 복소 지수 신호의 푸리에 변환 수식 검증 • 푸리에 변환의 주파수 천이 정리에 따라 복소 지수 신호의 변환식은 다음과 같습니다: $$\mathcal{F}\{e^{j 2\pi f_0 t}\} = \delta(f - f_0)$$ • 따라서 $e^{j 2\pi f_0 t}$의 변환 결과는 $\delta(f - f_0)$가 되어야 합니다. • 보기의 $\delta(f + f_0)$는 $e^{-j 2\pi f_0 t}$의 푸리에 변환 결과이므로 ④번 표현은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 시간 영역 직사각형 펄스 $\text{rect}(t)$의 푸리에 변환은 주파수 영역의 $\text{sinc}(f)$ 함수입니다. (올바름) • ②번: 코사인 함수는 오일러 공식에 의해 $\frac{1}{2}\{\delta(f - f_0) + \delta(f + f_0)\}$로 변환됩니다. (올바름) • ③번: 직류 상수 신호 1의 푸리에 변환은 원점에 위치한 디랙 델타 함수 $\delta(f)$입니다. (올바름) 최종 결과: • 푸리에 변환 중 옳지 않은 것은 ④번입니다.

1단계: 카슨의 법칙(Carson's Rule) 대역폭 공식 분석 • FM 신호의 유효 전송 대역폭 $B_{\text{FM}}$ 공식: $$B_{\text{FM}} = 2(\Delta f + f_m) = 2(k_f A_m + f_m)$$ - $f_m$: 기저대역 음성 신호의 대역폭 (최고 주파수) - $\Delta f = k_f A_m$: 최대 주파수 편이 - $k_f$: 주파수 민감도 (주파수 감도) - $A_m$: 음성 신호의 최대 진폭 • 위 식에서 FM 대역폭을 결정하는 요소는 음성 신호 대역폭($f_m$), 최대 진폭($A_m$), 주파수 민감도($k_f$)입니다. 2단계: 무관한 변수 식별 • 반송파 주파수인 전송 주파수($f_c$)는 변조 신호의 대역폭 계산식에 포함되지 않으므로 대역폭 결정에 필요하지 않습니다. 최종 결과: • 필요한 값이 아닌 것은 ④번입니다.

1단계: 디지털 변조 방식별 복조 방식 특성 분석 • PSK(위상 편이 변조)는 정보가 반송파의 절대적인 위상에 실려 있습니다. • 위상 기준점을 정확히 파악해야 신호를 판별할 수 있으므로, 수신단에서 송신 반송파와 주파수 및 위상이 완전히 일치하는 국부 반송파를 재생하여 곱하는 동기 검파(Coherent Detection) 방식으로만 복조가 가능합니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 ASK: 신호의 진폭(포락선) 유무를 판별하므로 간단한 다이오드 포락선 검파기를 이용한 비동기 검파가 가능합니다. • ③번 DPSK: 인접한 이전 심벌과의 상대적 위상 차이에 정보를 실으므로 동기 반송파 복구 회로 없이 지연 복조기를 이용한 비동기 검파가 가능합니다. • ④번 FSK: 주파수 대역통과 필터와 포락선 검파기를 조합하여 비동기 검파가 가능합니다. 최종 결과: • 동기검파로만 복조가 가능한 것은 ②번입니다.

1단계: CDMA 사용자 식별 코드 및 대역 확산 원리 분석 • PN 코드(Pseudo-Noise Code, 의사 잡음 코드)는 CDMA(부호분할 다중접속) 시스템에서 대역을 확산시키고, 동일한 주파수와 시간을 공유하는 다수의 통신 사용자 신호를 상호 분리하여 구별하기 위해 사용되는 직교 및 준직교 부호(예: 월시 코드, PN 시퀀스)입니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번 길쌈 코드: 채널 전송 오류를 실시간으로 제어하고 정정하기 위한 대표적인 연속형 전방 오류 정정(FEC) 부호입니다. • ②번 RS 코드: 군집 오류 정정에 뛰어난 성능을 보이는 블록 단위의 전방 오류 정정 부호입니다. • ④번 터보 코드: 반복 복호 방식을 적용하여 섀넌 한계에 근접하는 고성능 오류 정정 부호입니다. 최종 결과: • 통신 사용자 간의 구별을 위하여 사용되는 코드는 ③번입니다.

1단계: 전파의 주기와 파장의 물리적 정의 검토 • 전파가 한 번 완전하게 진동하는 데 소요되는 시간은 주기(Period, 단위: s)로 정의됩니다. • 파장(Wavelength, 단위: m)은 전파가 한 주기 동안 공간 상에서 진행하는 거리를 의미합니다. • 따라서 한 번 진동하는 데 걸리는 시간을 파장이라고 기술한 ④번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 전자기파는 진공 중에서 빛의 속도($c \approx 3 \times 10^8\text{ m/s}$)로 전파하며 시간축 상에서 정현파 형태로 진동합니다. (옳은 설명) • ②번: 전파는 횡파로서 진행 방향에 수직인 평면상에서 전기장 벡터와 자기장 벡터가 서로 90도의 직각을 이루며 진동합니다. (옳은 설명) • ③번: 자유공간에서 전파의 전력 밀도(세기)는 구면파 확산에 의해 방사 거리의 제곱에 반비례합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 전파에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ④번입니다.

1단계: 갭필러의 역할과 동작 개념 분석 • 갭필러(Gap-Filler)는 위성 DMB 등 위성 방송 및 통신 시스템에서 고층 빌딩 후면, 지하, 터널 등 위성 전파가 직접 도달하지 못하는 음영지역(Gap)에 설치되는 지상 소형 중계 장비입니다. • 위성으로부터 수신한 신호를 증폭 및 주파수 변환하여 음영 구역 내 단말기들로 재송출함으로써 서비스 사각지대를 해소합니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번 LNA(저잡음 증폭기): 수신 안테나 바로 뒷단에서 잡음 지수를 최소화하면서 미약한 고주파 신호를 증폭하는 회로 소자입니다. • ③번 HPA(고출력 증폭기): 송신단 최종 출력단에서 안테나 방사를 위해 전력을 크게 증폭하는 장치입니다. • ④번 발진기(Oscillator): 시스템에 기준이 되는 정현파 주파수 클록을 발생하는 전자 회로입니다. 최종 결과: • 음영지역을 커버하기 위한 장치는 ①번입니다.

1단계: 신호의 전파 파장($\lambda$) 산출 • 전파 속도 $c = 3 \times 10^8\text{ m/s}$, 주파수 $f = 3\text{ GHz} = 3 \times 10^9\text{ Hz}$일 때 파장은 다음과 같습니다: $$\lambda = \frac{c}{f} = \frac{3 \times 10^8\text{ m/s}}{3 \times 10^9\text{ Hz}} = 0.1\text{ m} = 10\text{ cm}$$ 2단계: 반파장 다이폴 안테나 길이($L$) 계산 • 반파장 다이폴 안테나가 공진하여 최대 방사 효율을 갖는 이론적 도선 길이는 파장의 절반($\lambda/2$)입니다: $$L = \frac{\lambda}{2} = \frac{10\text{ cm}}{2} = 5\text{ cm}$$ 최종 결과: • 최대 방사효율을 갖는 안테나 길이는 ②번입니다.

1단계: 이동통신 규격별 다중접속 방식 분류 • IS-95: 2세대 이동통신 규격으로 CDMA(부호분할 다중접속)를 사용합니다. • WCDMA: 3세대 이동통신 규격으로 광대역 CDMA 방식을 사용합니다. • HSDPA: 3.5세대 고속 패킷 데이터 규격으로 기본 WCDMA의 CDMA 계열 다중접속을 기반으로 합니다. • WiBro: IEEE 802.16e 기반 무선 광대역 인터넷 서비스로, 다중접속 방식으로 OFDMA(직교주파수분할 다중접속)를 채택하고 있습니다. 2단계: 다중접속 방식 비교 판별 • IS-95, WCDMA, HSDPA는 모두 CDMA 기반 기술인 반면, WiBro는 유일하게 OFDMA 다중접속 기술을 사용합니다. 최종 결과: • 사용하는 다중접속방식이 다른 하나는 ③번입니다.

1단계: 이동 속도 단위 변환 • 차량 시속 $v = 36\text{ km/h}$를 초속(m/s) 단위로 변환합니다: $$v = \frac{36 \times 1,000\text{ m}}{3,600\text{ s}} = 10\text{ m/s}$$ 2단계: 정면 접근 시 도플러 주파수 편이($f_d$) 계산 • 수신기가 송신기를 향해 정면으로 직진할 때 도플러 주파수 편이 공식: $$f_d = \frac{v}{\lambda} = \frac{v \cdot f}{c}$$ • 조건 수치($v = 10\text{ m/s}$, $f = 3\text{ GHz} = 3 \times 10^9\text{ Hz}$, $c = 3 \times 10^8\text{ m/s}$) 대입: $$f_d = \frac{10 \times (3 \times 10^9)}{3 \times 10^8} = \frac{3 \times 10^{10}}{3 \times 10^8} = 100\text{ Hz}$$ 최종 결과: • 발생하는 도플러 주파수 편이는 ③번(100 Hz)입니다.

1단계: CDMA 시스템의 송신 전력 제어 메커니즘 분석 • CDMA 시스템은 모든 단말기가 동일한 시간과 주파수 대역을 공유하므로, 기지국에 가까운 단말기의 신호가 기지국 안테나에 지나치게 강하게 유입되어 원거리 단말기의 신호를 덮어버리는 원근 문제(Near-Far Problem)가 발생합니다. • 이를 방지하기 위해 기지국은 모든 단말기로부터 수신되는 신호 세기가 균일하도록 개루프 및 폐루프 전력 제어를 수행합니다. 즉, 기지국과 가까운 단말기는 송신 전력을 낮추고 먼 단말기는 송신 전력을 높여야 합니다. • 따라서 거리와 무관하게 동일한 전력으로 송신한다는 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 근거리 강한 단말기 전력이 원거리 단말기 통신을 방해하는 현상으로 원근 문제의 올바른 정의입니다. (옳은 설명) • ②번: CDMA는 배경 잡음뿐만 아니라 동일 대역 내 타 사용자의 다중접속 간섭(MAI)이 시스템 용량을 제한합니다. (옳은 설명) • ④번: 동일 주파수를 사용하는 특성 덕분에 셀 경계에서 두 개 이상의 기지국과 동시 연결을 유지하는 소프트 핸드오프가 가능합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • CDMA 이동통신 시스템의 특성으로 옳지 않은 것은 ③번입니다.

1단계: 방송 영상 전송을 위한 변조 방식 분석 • 아날로그 TV 방송의 영상 신호 전송에는 잔류측파대(VSB, Vestigial Sideband) 변조 방식이 사용됩니다. 영상 신호는 0 Hz에 가까운 직류(DC) 및 초저주파 성분을 다량 포함하고 있어, 차단 특성이 가파른 이상적인 아날로그 필터 구현이 불가능한 단측파대(SSB) 방식으로는 심각한 파형 왜곡이 발생하여 전송할 수 없습니다. • 따라서 TV 방송 영상 전송에 단측파대(SSB) 방식이 주로 사용된다고 설명한 ④번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: DSB-SC는 반송파가 억압되어 포락선이 신호 파형을 유지하지 못하므로 국부 반송파를 일치시키는 동기식 복조가 필수적입니다. (옳은 설명) • ②번: DSB-TC(표준 AM)는 간단한 포락선 검파가 가능한 대신 정보가 실리지 않은 반송파에 전력의 대부분이 소모되어 전력 효율이 낮습니다. (옳은 설명) • ③번: 대역폭은 $B_{\text{SSB}} = W < B_{\text{VSB}} = W + f_v < B_{\text{DSB}} = 2W$의 관계를 갖습니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 진폭변조에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ④번입니다.

1단계: 대역확산 통신의 처리 이득과 간섭 억제 능력 분석 • 대역확산 통신의 협대역 간섭 억제 성능은 처리 이득(Processing Gain, $PG = \frac{B_{ss}}{B_m}$)에 직접 비례합니다. • 확산 대역폭 $B_{ss}$가 원래 정보 대역폭 $B_m$에 비해 넓어질수록(대역 확산율이 클수록) 수신단 역확산 과정에서 유입된 협대역 간섭 신호가 더욱 넓은 대역으로 희석되어 간섭 억제 효과가 강력해집니다. • 따라서 간섭신호 억제 효과가 대역 확산율과 무관하다고 기술한 ④번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 의사잡음 부호를 곱하여 원래 정보 대역폭보다 훨씬 넓은 스펙트럼으로 전송합니다. (옳은 설명) • ②번: 빠른 주파수 도약(Fast-FHSS)은 하나의 데이터 심벌 전송 시간 동안 여러 번 주파수를 변경하므로 도약률이 심벌률보다 높습니다 (심벌률이 도약률보다 느림). (옳은 설명) • ③번: 수신단에서 동일한 PN 부호로 역확산할 때 목적 신호는 기저대역으로 역확산되고, 협대역 간섭 신호는 전체 확산 대역으로 분산되어 잡음 레벨로 낮아집니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 확산대역 변조방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은 ④번입니다.

1단계: 섀넌-하틀리(Shannon-Hartley) 채널 용량 공식 분석 • AWGN 채널의 최대 이론적 채널 용량 $C$ 공식: $$C = B \log_2 \left(1 + \frac{S}{N}\right)\text{ bps}$$ - $B$: 채널의 대역폭 (Hz) - $S$: 수신 신호 전력 (W) - $N$: 잡음 전력 (W) • 위 공식에서 채널 용량은 대역폭($B$), 수신 신호전력($S$), 잡음전력($N$)에 의해 결정됩니다. 2단계: 무관한 파라미터 판별 • 반송파의 중심 주파수 자체는 채널 용량 수식에 직접 포함되지 않으므로 샤논의 채널용량을 구할 때 필요하지 않습니다. 최종 결과: • 필요하지 않은 요소는 ②번(주파수)입니다.