2022년 무선공학개론 (국가직)

1단계: 오류 제어 기술 분석 • 채널코딩(Channel Coding)은 전송 도중 발생하는 잡음과 왜곡으로 인한 비트 오류를 검출하거나 정정하기 위해 잉여 비트(Redundancy)를 부가하는 기술입니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 변조(Modulation)는 기저대역 신호를 전송 매체에 적합한 고주파 반송파 신호로 변환하는 과정입니다. • ③번: 소스코딩(Source Coding)은 데이터 압축을 통해 전송 효율을 극대화하는 과정입니다. • ④번: 암호화는 보안성을 확보하기 위해 정보를 인가되지 않은 대상이 해독할 수 없도록 변환하는 과정입니다. 최종 결과: • 오류를 검출하거나 정정하기 위해 사용하는 기술은 ②번입니다.

1단계: 편도 전파 시간 계산 • 왕복 시간 $t_{\text{round-trip}} = 2\text{ ms}$이므로, 전파가 목표물까지 도달하는 편도 시간 $t$는 왕복 시간의 절반입니다: $$t = \frac{2\text{ ms}}{2} = 1\text{ ms} = 10^{-3}\text{ s}$$ 2단계: 목표물까지의 거리 계산 • 전파 속도 $c = 3 \times 10^8\text{ m/s}$를 적용하여 거리 $d$를 구합니다: $$d = c \times t = (3 \times 10^8) \times 10^{-3} = 3 \times 10^5\text{ m} = 300\text{ km}$$ 최종 결과: • 목표물까지의 거리는 ③번입니다.

1단계: 카슨의 법칙(Carson's Rule) 공식 확인 • FM 변조 신호의 유효 대역폭 $B_T$는 다음과 같습니다: $$B_T = 2(\Delta f + f_m)$$ ($\Delta f$: 최대 주파수 편이, $f_m$: 정보신호의 최대 주파수 또는 대역폭) 2단계: 수치 대입 및 계산 • 주어진 조건 $\Delta f = 75\text{ kHz}$, $f_m = 15\text{ kHz}$를 대입합니다: $$B_T = 2(75 + 15) = 2 \times 90 = 180\text{ kHz}$$ 최종 결과: • 변조된 신호의 대역폭은 ④번입니다.

1단계: 셀 반경과 시스템 용량의 관계 분석 • 셀 반경을 축소하여 셀을 소형화(셀 분할)할수록 동일 면적당 기지국 수가 늘어나며 주파수 재사용 횟수가 증가합니다. • 이에 따라 시스템 전체의 사용자 수용 용량이 증대됩니다. • 따라서 셀 반경을 크게 하여 사용자 용량을 증가시킬 수 있다는 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 한정된 주파수 대역을 일정 이격 거리마다 반복 사용하는 주파수 재사용 기술을 적용합니다. (옳은 설명) • ②번: 이동하는 단말기의 통신 관리를 위해 위치 등록 및 위치 추적 기술이 요구됩니다. (옳은 설명) • ④번: 셀 경계를 넘어 이동할 때 호가 끊기지 않도록 채널을 넘겨주는 핸드오프(Handoff) 기술이 필수적입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ③번입니다.

1단계: LF 대역의 특징 및 용도 분석 • LF(Low Frequency, 장파)는 $30 \sim 300\text{ kHz}$ 대역의 전파로 주로 선박·항공용 무선 표지 및 항법 등에 사용됩니다. • 지상파 TV 방송은 과거 아날로그 시기 VHF/UHF 대역을 거쳐, 현재 디지털 방송은 주로 UHF 대역을 사용합니다. • 따라서 LF 대역의 활용 분야를 TV 방송으로 짝지은 ①번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: VHF($30 \sim 300\text{ MHz}$) 대역은 FM 라디오 방송 등에 사용됩니다. (올바른 매핑) • ③번: UHF($300 \sim 3,000\text{ MHz}$) 대역은 셀룰러 이동통신(LTE, 5G), 지상파 DTV 등에 사용됩니다. (올바른 매핑) • ④번: SHF($3 \sim 30\text{ GHz}$) 대역은 위성통신, 마이크로파 중계 링크 등에 활용됩니다. (올바른 매핑) 최종 결과: • 잘못 짝지어진 것은 ①번입니다.

1단계: TDD의 동기화 특성 분석 • TDD(시분할 다중화)는 동일한 단일 주파수 대역에서 시간 슬롯을 나누어 상향/하향 링크를 번갈아 전송합니다. • 시간 슬롯이 중첩되어 발생하는 전파 간섭을 방지하기 위해 송수신기 간 정밀한 시각 동기화(Time Synchronization)가 필수적입니다. (④번은 옳은 설명) 2단계: 기타 보기 분석 • ①번: FDD는 송수신 신호를 분리하기 위해 상향 링크와 하향 링크의 주파수 채널을 분리하여 운용합니다. (틀린 설명) • ②번: FDD는 상향 링크와 하향 링크에 동일한 크기의 대역폭을 대칭적으로 할당합니다. (틀린 설명) • ③번: TDD는 보호 주파수 대역(Guard Band) 대신 보호 시간(Guard Period)을 사용하므로 FDD 대비 주파수 이용 효율이 우수합니다. (틀린 설명) 최종 결과: • 옳은 설명은 ④번입니다.

1단계: 무손실 선로의 위상속도 관계식 전개 • 무손실 전송선로의 위상속도 $v_p$ 공식은 다음과 같습니다: $$v_p = \frac{1}{\sqrt{LC}}$$ • 양변을 제곱하여 단위 길이당 커패시턴스 $C$에 관해 정리합니다: $$v_p^2 = \frac{1}{LC} \implies C = \frac{1}{L v_p^2}$$ 2단계: 수치 대입 및 연산 • 조건 대입 ($v_p = 2 \times 10^8\text{ m/s}$, $L = 1\text{ }\mu\text{H/m} = 10^{-6}\text{ H/m}$): $$C = \frac{1}{10^{-6} \times (2 \times 10^8)^2} = \frac{1}{10^{-6} \times 4 \times 10^{16}} = \frac{1}{4 \times 10^{10}} = 0.25 \times 10^{-10}\text{ F/m}$$ $$C = 25 \times 10^{-12}\text{ F/m} = 25\text{ pF/m}$$ 최종 결과: • 단위 길이당 등가 커패시턴스는 ③번입니다.

1단계: 단말 이동 속도와 채널 시변성 분석 • 단말기가 고속으로 이동할수록 도플러 확산이 커지고 코히런스 시간이 짧아져 시간에 따른 채널 응답 변동이 급격해집니다. • 즉 채널은 시불변(Time-Invariant)에 가까워지는 것이 아니라 시변(Time-Variant) 특성이 더욱 두드러집니다. • 따라서 단말기가 고속으로 이동할수록 채널이 더 시불변해진다는 ④번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 자유공간 경로손실 수식 $\text{FSPL} \propto d^2$에 따라 거리의 제곱에 비례합니다. (옳은 설명) • ②번: 건물이나 장애물에 의해 수신 신호 강도가 저하되는 음영지역(Shadowing)이 발생합니다. (옳은 설명) • ③번: 직접 가시 경로(LOS) 성분이 존재하는 채널은 라이시안 페이딩을 따르며, 다중 산란파만 존재하는 레일리 페이딩보다 LOS 성분이 강합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ④번입니다.

1단계: 잡음 인자(Noise Factor, F) 계산 • 잡음 인자 $F$는 입력 SNR 대비 출력 SNR의 비로 정의됩니다: $$F = \frac{\text{SNR}_i}{\text{SNR}_o}$$ • 입력 및 출력 SNR 계산: - $\text{SNR}_i = \frac{S_i}{N_i} = \frac{15}{0.3} = 50$ - $\text{SNR}_o = \frac{S_o}{N_o} = \frac{240}{48} = 5$ • 잡음 인자 도출: $$F = \frac{50}{5} = 10$$ 2단계: 잡음지수(Noise Figure, NF) 데시벨 변환 • 잡음지수 $NF$는 잡음 인자를 데시벨 단위로 환산한 값입니다: $$\text{NF} = 10 \log_{10}(F) = 10 \log_{10}(10) = 10\text{ dB}$$ 최종 결과: • 잡음지수는 ③번입니다.

1단계: 양자화 비트 증가와 SQNR의 관계 분석 • 균일 양자화에서 신호 대 양자화 잡음비(SQNR)는 대략 다음과 같이 표현됩니다: $$\text{SQNR} \approx 6.02n + 1.76\text{ dB}$$ ($n$: 양자화 비트 수) • 부호화 비트가 1비트 증가할 때마다 SQNR은 약 $6\text{ dB}$씩 개선됩니다. • 따라서 1비트 증가 시 약 3 dB 개선된다는 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 연속적인 표본화 신호의 진폭을 유한한 이산 레벨로 매핑하는 과정이 양자화입니다. (옳은 설명) • ②번: 비균일 양자화는 신호가 자주 분포하는 저진폭 구간의 양자화 간격을 좁혀 양자화 잡음을 줄일 수 있습니다. (옳은 설명) • ④번: $\mu$-law와 A-law는 음성 신호 처리에 널리 활용되는 대표적인 비균일 양자화(압신) 표준입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ③번입니다.

1단계: 백색 가우시안 잡음(AWGN)의 신호 결합 메커니즘 분석 • 가산성 백색 가우시안 잡음(Additive White Gaussian Noise, AWGN)은 신호 성분에 곱해지는 것이 아니라 덧셈 형태로 가산 결합됩니다 ($r(t) = s(t) + n(t)$). • 신호 성분과 곱해져서 왜곡을 초래하는 것은 채널의 페이딩 등 승산성 왜곡에 해당하므로 ①번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: 시간 영역에서 임의의 시점에 측정한 잡음 진폭은 가우시안(정규) 확률 분포를 따릅니다. (옳은 설명) • ③번: 백색 가우시안 잡음 진폭의 기댓값(평균값)은 0입니다. (옳은 설명) • ④번: 모든 주파수 대역에 걸쳐 균일하고 평탄한 전력 스펙트럼 밀도($N_0/2$)를 가집니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ①번입니다.

1단계: 전자파의 기본 전파 특성 분석 • 전자파는 전자기 스펙트럼의 일종으로 빛과 마찬가지로 균일 매질 내에서 앞으로 나아가는 직진성을 가지며, 안테나를 통해 특정 방향으로 전력을 집중 방사하는 지향성을 형성할 수 있습니다. • 따라서 빛과 달리 직진성이나 지향성을 갖지 않는다는 ③번 설명은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 밀도(유전율, 투자율)가 상이한 두 매질 경계면을 비스듬히 통과할 때 속도 차이로 인해 굴절(Refraction)이 발생합니다. (옳은 설명) • ②번: 매질 경계면에서 입사파 에너지는 반사파와 투과파(굴절파)로 동시에 나뉘어 전파될 수 있습니다. (옳은 설명) • ④번: 전자파는 서로 직교하는 전기장(전계)과 자기장(자계)이 공간 상으로 결합되어 전파되는 파동입니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ③번입니다.

1단계: 데시벨 링크 버짓을 통한 수신전력($P_r$) 계산 • 수신전력 데시벨 공식은 다음과 같습니다: $$P_r\text{ [dBm]} = P_t\text{ [dBm]} + G_t\text{ [dB]} + G_r\text{ [dB]} - L\text{ [dB]}$$ • 주어진 수치 대입 ($P_t = -10\text{ dBm}$, $G_t = 10\text{ dB}$, $G_r = 10\text{ dB}$, $L = 30\text{ dB}$): $$P_r = -10 + 10 + 10 - 30 = -20\text{ [dBm]}$$ 2단계: dBm을 선형 전력 단위(mW)로 환산 • dBm 단위의 전력 정의식을 적용합니다: $$P_r\text{ [dBm]} = 10 \log_{10}(P\text{ [mW]})$$ $$-20 = 10 \log_{10}(P\text{ [mW]}) \implies \log_{10}(P\text{ [mW]}) = -2$$ $$P\text{ [mW]} = 10^{-2} = 0.01\text{ [mW]}$$ 최종 결과: • 수신전력은 ③번입니다.

1단계: 위성통신 용어 분석 • 접속 용이성(Accessibility)은 위성 빔이 도달하는 커버리지 내라면 지형적 제약 없이 안테나 설치를 통해 통신망에 쉽게 접속할 수 있는 특성을 말합니다. • 동일 내용의 정보를 복수 지점에서 동시에 수신할 수 있는 특성은 동보성(Broadcasting)에 해당하므로, 접속 용이성에 대한 설명으로 서술한 ①번은 옳지 않습니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: 지상 선로 가설이 불필요하여 회선 설정 및 변경이 유연하고 용이합니다. (옳은 설명) • ③번: 정지궤도 위성 3기로 전 지구(극지방 제외)를 포괄할 수 있는 광역성을 가집니다. (옳은 설명) • ④번: 마이크로파 이상의 높은 주파수를 활용하여 광대역 대용량 데이터 전송이 가능합니다. (옳은 설명) 최종 결과: • 옳지 않은 설명은 ①번입니다.

1단계: 대기 감쇠 메커니즘 분석 • 전파는 대기 중 수증기, 강우, 안개 등의 수분 입자에 의해 흡수 및 산란되어 감쇠가 발생합니다. • 대기가 건조할수록 전파 통과 경로상의 수증기 밀도가 낮아 흡수 손실이 감소하므로 신호의 감쇠는 줄어듭니다. • 따라서 대기가 건조할수록 신호 감쇠가 심해진다는 것은 틀린 조건입니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ①번: 거리가 멀어질수록 자유공간 경로손실($\text{FSPL} \propto d^2$)이 증가하여 신호 감쇠가 심해집니다. (감쇠 요인 맞음) • ③번: 파장이 짧을수록(주파수가 높을수록) 대기 및 강우 입자에 의한 흡수 및 산란 감쇠가 증가합니다. (감쇠 요인 맞음) • ④번: 앙각이 작아질수록 전파가 통과하는 대기층의 실효 전파 경로 길이가 길어져 감쇠가 심해집니다. (감쇠 요인 맞음) 최종 결과: • 신호 감쇠가 심해지는 경우가 아닌 것은 ②번입니다.

1단계: GPS 위치 측정 오차 요인 분석 • ㄱ. 위성들의 근접한 배치 형태: 위성들이 특정 방향에 뭉쳐 있으면 기하학적 정밀도 저하율(DOP)이 증가하여 위치 오차가 커집니다. (오차 원인) • ㄴ. 대기층에서의 전파 지연: 전리층과 대류권을 통과하면서 발생하는 전파 굴절 및 전파 속도 지연으로 오차가 발생합니다. (오차 원인) • ㄷ. DGPS(Differential GPS)의 사용: 기준국(Reference Station)의 오차 보정 신호를 이용하여 위치 정밀도를 대폭 향상시키는 기법이므로 오차 완화 요소입니다. (오차 원인 아님) • ㄹ. 위성의 제한적 선택 사용: 장애물 등으로 인해 관측 가능한 위성 수 및 배치가 제한되면 위치 결정 오차가 증가합니다. (오차 원인) 2단계: 종합 판정 • 오차가 발생하는 원인으로 옳은 항목은 ㄱ, ㄴ, ㄹ입니다. 최종 결과: • 오차 발생 원인만을 고른 것은 ②번입니다.

1단계: 변조 신호의 전력 구성 분석 • 신호 $s(t) = A_c [1 + \frac{1}{2}m(t)] \cos(2\pi f_c t)$에서 변조지수 $a = \frac{1}{2}$입니다. • 정보신호 $m(t) = \cos(2\pi f_m t + \pi/4)$의 평균 전력은 다음과 같습니다: $$P_m = \frac{1}{2}$$ 2단계: 전력 효율($\eta$) 계산 • DSB-TC의 전체 전력 대비 정보 측파대 전력의 비율(전력 효율 $\eta$) 공식은 다음과 같습니다: $$\eta = \frac{a^2 P_m}{1 + a^2 P_m}$$ • 수치를 대입합니다 ($a^2 P_m = (\frac{1}{2})^2 \times \frac{1}{2} = \frac{1}{8}$): $$\eta = \frac{1/8}{1 + 1/8} = \frac{1/8}{9/8} = \frac{1}{9} \approx 0.1111 \implies 11.11\%$$ 최종 결과: • 변조 신호의 전력 효율은 ①번입니다.

1단계: 초당 전송 비트 수 확인 • 데이터 전송률 $R = 200\text{ Mbps} = 200 \times 10^6\text{ bits/s}$입니다. 2단계: 초당 평균 에러 비트 수 계산 • 비트에러율 $\text{BER} = 10^{-6}$이므로 초당 발생하는 에러 비트 수의 평균값 $N_e$는 다음과 같습니다: $$N_e = R \times \text{BER} = (200 \times 10^6) \times 10^{-6} = 200\text{ bits}$$ 최종 결과: • 초당 평균 에러 비트 수는 ④번입니다.

1단계: 연속 위상 변조(CPM) 특성 분석 • MSK(Minimum Shift Keying)는 주파수 편이 변조(FSK)의 일종으로, 심볼 전이 지점에서 반송파의 위상이 불연속 없이 매끄럽게 연속적으로 유지되는 연속위상변조(CPM, Continuous Phase Modulation) 방식입니다. 2단계: 기타 보기 검토 • ②번: QPSK는 심볼이 변할 때 최대 $180^\circ$의 위상 불연속 점프가 일어납니다. • ③번: OQPSK는 I/Q 채널 간 $1/2$ 심볼 시차를 두어 최대 위상 변화를 $90^\circ$로 억제하지만 위상이 완전히 연속적이지는 않습니다. • ④번: DQPSK는 차동 위상 천이를 사용하나 심볼 경계에서 위상 불연속이 여전히 발생합니다. 최종 결과: • 위상의 연속성을 유지하는 변조 방식은 ①번입니다.

1단계: 주파수와 안테나 길이의 관계 분석 • 안테나 실효 길이는 $l = \frac{1}{4}\lambda$로 파장에 비례합니다. • 파장과 주파수는 반비례 관계이므로 ($\lambda = \frac{c}{f}$), 안테나 길이는 주파수에 반비례합니다 ($l \propto \frac{1}{f}$). 2단계: 주파수 비율을 통한 안테나 길이 비 도출 • LTE 주파수 $f_{\text{LTE}} = 2\text{ GHz}$, 5G 주파수 $f_{\text{5G}} = 3.6\text{ GHz}$입니다. • 5G 안테나 길이와 LTE 안테나 길이의 비율은 다음과 같습니다: $$\frac{l_{\text{5G}}}{l_{\text{LTE}}} = \frac{f_{\text{LTE}}}{f_{\text{5G}}} = \frac{2}{3.6} = \frac{20}{36} = \frac{5}{9}$$ • 따라서 5G 단말기의 안테나 길이는 LTE 안테나 길이에 비해 5/9배가 됩니다. 최종 결과: • 안테나 길이는 ②번입니다.