[9급 국가직 무선공학개론] 19년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

마이크로웨이브 통신은 사용 주파수 범위가 넓어 광대역 전송이 가능하다는 점이 특징이다.
주파수가 높을수록 같은 비율의 대역이라도 절대 대역폭이 커지므로 많은 채널·고속 데이터를 실을 수 있다. 또한 파장이 짧아 작은 크기로도 고이득·고지향성 안테나를 만들 수 있다.
전리층의 영향으로 감쇠·왜곡이 심하다는 설명: 마이크로파는 전리층을 투과해 가시거리(LOS)로 전파되므로 전리층 반사·왜곡의 영향을 거의 받지 않는다.
1~10 GHz 영역에서 전자기 잡음레벨이 매우 높다는 설명: 이 영역은 우주 잡음과 대기 흡수가 모두 작아 잡음레벨이 상대적으로 낮은 이른바 전파의 창에 해당한다.
고이득·고지향성 안테나 구현이 불가능하다는 설명: 동작주파수가 높을수록 파장이 짧아 오히려 고이득·고지향성 안테나 구현이 쉽다.

EIRP는 송신전력에 안테나 이득(진수)을 곱한 값이므로 1,000 W이다.
이득 20 dB를 진수로 바꾸면 $G=10^{20/10}=100$이다.
$\mathrm{EIRP}=P_tG=10\,\mathrm{W}\times100=1000\,\mathrm{W}$
dB로 계산해도 $10\log_{10}10=10\,\mathrm{dBW}$에 20 dB를 더한 30 dBW, 즉 1,000 W로 같다.

주파수가 높을수록 파장이 짧아져 회절작용은 약해진다. 따라서 주파수가 높을수록 회절이 심하다는 설명이 옳지 않다.
회절은 장애물 크기에 비해 파장이 길수록 잘 일어나므로, 저주파(장파)는 산 너머까지 돌아 들어가지만 고주파일수록 직진성이 강해진다.
전파는 횡파이며 평면파라는 설명: 전계·자계가 진행 방향에 수직인 횡파(TEM파)이고, 원거리에서는 평면파로 취급한다.
균일 매질에서 직진한다는 설명: 매질 특성이 일정하면 굴절이 생기지 않아 직진한다.
매질 경계면에서 굴절·반사된다는 설명: 유전율·투자율이 다른 경계면에서 일부는 반사되고 일부는 굴절되어 투과한다.

반파장 다이폴의 길이는 $\lambda/2$이므로 7.5 cm이다.
신호 $10\cos(4\times10^{9}\pi t)$에서 $2\pi f=4\times10^{9}\pi$이므로 $f=2\times10^{9}\,\mathrm{Hz}$이다.
$\lambda=\dfrac{c}{f}=\dfrac{3\times10^{8}}{2\times10^{9}}=0.15\,\mathrm{m}=15\,\mathrm{cm}$
$L=\dfrac{\lambda}{2}=7.5\,\mathrm{cm}$
각주파수 $\omega$를 그대로 주파수로 쓰거나 파장 전체(15 cm)를 길이로 잡는 실수에 주의한다.

하측 튜닝에서는 국부발진기 주파수가 수신 반송파보다 중간주파수만큼 낮으므로 495 kHz이다.
그림에서 RF 신호와 국부발진기 출력이 혼합기에서 곱해지고, 그 차 주파수가 중간주파수 필터를 통과한다.
$f_{LO}=f_c-f_{IF}=950-455=495\,\mathrm{kHz}$
1405 kHz: $f_c+f_{IF}$로, 상측 튜닝(high-side)일 때의 국부발진기 주파수이다.
1860 kHz: 상측 튜닝일 때의 영상주파수 $f_c+2f_{IF}$이다.
40 kHz: 하측 튜닝일 때의 영상주파수 $f_{LO}-f_{IF}=495-455$이다.

정지궤도 위성은 적도 상공의 매우 높은 궤도를 돌므로 정지궤도 위성의 고도가 극궤도 위성보다 높다.
정지궤도 위성은 공전주기가 지구 자전주기와 같아 지상에서 정지한 것처럼 보이고, 극궤도 위성은 그보다 훨씬 낮은 저궤도에서 남북극 상공을 통과하며 지구 전역을 관측한다.
극궤도 위성의 공전주기가 지구 자전주기와 같다는 설명: 자전주기와 같은 것은 정지궤도 위성이며, 저궤도인 극궤도 위성은 공전주기가 훨씬 짧다.
극궤도 위성이 적도 상공 궤도를 유지한다는 설명: 적도 상공 궤도는 정지궤도 위성의 특징이다.
정지궤도 위성이 남극과 북극을 통과한다는 설명: 양극을 통과하는 궤도는 극궤도 위성의 특징이다.

왜곡(에일리어싱) 없이 복원할 수 있는 최소 표본화 주파수, 즉 신호 최고주파수의 2배를 나이키스트 주파수(나이키스트율)라고 한다.
PCM은 표본화 → 양자화 → 부호화 순으로 진행된다.
양자화 이후에 표본화한다는 설명: 시간축을 먼저 이산화(표본화)한 뒤 진폭을 이산화(양자화)한다.
적은 비트로 넓은 범위를 양자화하려면 균일 양자화가 적합하다는 설명: 넓은 동적 범위에는 압신(companding)을 이용한 비균일 양자화가 적합하다.
양자화 비트 수가 늘수록 양자화 잡음이 증가한다는 설명: 비트 수가 늘면 양자화 간격이 줄어 양자화 잡음은 감소한다.

전파가 지구국과 위성 사이를 왕복하므로 걸리는 시간은 150 ms이다.
왕복 거리: $2\times22500\,\mathrm{km}=4.5\times10^{7}\,\mathrm{m}$
$t=\dfrac{4.5\times10^{7}}{3\times10^{8}}=0.15\,\mathrm{s}=150\,\mathrm{ms}$
편도만 계산하면 75 ms가 되므로 되돌아올 때까지라는 조건에 따라 거리를 2배로 해야 한다.

종속 연결의 전체 이득은 dB 값의 합인 −13 dB이므로 전력이득은 0.05, 출력전력은 17 dBm이다.
전체 이득: $G=25+12-70+20=-13\,\mathrm{dB}$
진수: $10^{-1.3}=10^{-2}\times10^{0.7}=0.01\times5=0.05$ ($10^{0.7}=10^{1-0.3}=\dfrac{10}{2}=5$)
입력 1 W는 $10\log_{10}\dfrac{1\,\mathrm{W}}{1\,\mathrm{mW}}=30\,\mathrm{dBm}$이므로
$P_{out}=30-13=17\,\mathrm{dBm}$
전력이득 0.1은 −10 dB에 해당해 맞지 않고, −13 dBm은 입력을 0 dBm으로 잘못 환산했을 때의 값이다.

포락선검파가 왜곡 없이 가능하려면 변조지수 $\mu=a\cdot\max|m(t)|\le1$이어야 하므로, a = 0.4, m(t) = cos(2π$f_{m}$t)인 경우만 가능하다.
변조지수가 1을 넘으면 $1+am(t)$가 음수가 되는 구간이 생겨 포락선이 메시지 모양을 따르지 못하는 과변조 왜곡이 생긴다.
a = 0.1, m(t) = 12cos(2π$f_{m}$t): $\mu=0.1\times12=1.2\gt1$로 과변조
a = 0.2, m(t) = 8cos(2π$f_{m}$t): $\mu=0.2\times8=1.6\gt1$로 과변조
a = 0.3, m(t) = 4cos(2π$f_{m}$t): $\mu=0.3\times4=1.2\gt1$로 과변조

비선형 변조방식은 PM(위상변조)이다.
PM·FM 같은 각변조는 메시지가 반송파의 위상(각) 안에 들어가 중첩의 원리가 성립하지 않으므로 비선형 변조이다.
SSB: 메시지에 비례하는 진폭변조 계열로 선형 변조이다.
VSB: 한 측파대 일부를 남긴 진폭변조 계열로 선형 변조이다.
AM: 반송파 진폭이 메시지에 비례해 변하는 선형 변조이다.

FM은 프리엠퍼시스와 디엠퍼시스를 이용해 고주파 성분의 S/N비를 높여 성능을 개선할 수 있다.
FM 복조 후 잡음 전력밀도는 주파수의 제곱에 비례해 고역에서 커지므로, 송신 측에서 고역을 미리 강조(프리엠퍼시스)하고 수신 측에서 되돌리면(디엠퍼시스) 고역 잡음이 억제된다.
변조된 신호의 전력이 변조 전 반송파 전력보다 크다는 설명: FM 신호는 진폭이 일정하므로 전력이 변조 전 반송파 전력과 같다.
변조된 신호의 진폭이 시간에 따라 변한다는 설명: FM은 주파수만 변하고 진폭(포락선)은 일정하다.
변조지수가 작을수록 S/N비를 개선할 수 있다는 설명: 변조지수가 클수록 대역폭을 더 쓰는 대신 S/N비 개선 효과가 커진다.

등방성 안테나 사이의 자유공간경로손실은 $\left(\dfrac{4\pi d}{\lambda_0}\right)^2$이다.
Friis 식에서 이득 1인 두 등방성 안테나의 수신전력은 $P_r=P_t\left(\dfrac{\lambda_0}{4\pi d}\right)^2$이므로, 손실 $L=\dfrac{P_t}{P_r}=\left(\dfrac{4\pi d}{\lambda_0}\right)^2$이다. 이는 구면 확산($4\pi d^2$)과 등방성 안테나의 유효면적($\lambda_0^2/4\pi$)에서 나온다.
$\left(\dfrac{2\pi d}{\lambda_0}\right)^2$: 분자의 계수가 4π가 아니라 2π로 잘못되었다.
$\dfrac{4\pi d}{\lambda_0}$: 경로손실은 전력비이므로 제곱이 빠지면 안 된다.
$\dfrac{2\pi d}{\lambda_0}$: 계수와 제곱이 모두 틀렸다.

수신전력과 최소수신감도의 차이인 링크마진은 15 dB이다.
수신전력: $P_r=30+20+20-130=-60\,\mathrm{dBm}$
링크마진: $M=P_r-P_{min}=-60-(-75)=15\,\mathrm{dB}$
송수신 안테나 이득 두 개를 모두 더해야 한다는 점에 주의한다.

최대 전력 전달은 부하 임피던스가 소스 임피던스의 켤레복소수일 때 이루어지므로 $\mathrm{Z}_{b}$ = 50 − j50이다.
그림에서 ab지점에서 A단 쪽을 본 임피던스가 $Z_a=50+j50$이므로
$Z_b=Z_a^{*}=50-j50$
저항 성분은 같게 맞추고 리액턴스는 크기가 같고 부호가 반대여서 서로 상쇄되어야 한다(공액 정합).
$\mathrm{Z}_{b}$ = 50 + j50: 리액턴스가 상쇄되지 않고 두 배가 되어 최대 전력 조건이 아니다.
$\mathrm{Z}_{b}$ = j50: 저항 성분이 0인 순수 리액턴스라 부하에서 소비되는 유효전력이 없다.
$\mathrm{Z}_{b}$ = −j50: 리액턴스는 상쇄되지만 저항 성분이 0이라 부하에서 유효전력을 소비하지 못한다.

DSB-TC는 상·하 측파대를 모두 전송하므로 메시지 대역폭이 B[Hz]이면 변조된 신호의 대역폭은 2B[Hz]이다.
DSB-TC(일반 AM)는 반송파를 함께 보내 변조지수가 1 이하일 때 포락선검파(비동기식 복조)가 가능하다.
변조된 신호의 진폭이 변하지 않는다는 설명: 진폭변조이므로 진폭(포락선)이 메시지에 따라 변한다.
힐버트 변환이 반드시 사용된다는 설명: 힐버트 변환은 SSB의 위상천이 방식에서 쓰이며 DSB-TC에는 필요 없다.
비동기식 복조에 변조지수가 1보다 커야 한다는 설명: 1을 넘으면 과변조로 포락선이 왜곡되므로 1 이하여야 한다.

OFDM의 부반송파들은 스펙트럼이 서로 중첩되지만 직교성 덕분에 간섭 없이 분리된다. 따라서 직교성을 위해 스펙트럼이 중첩되지 않아야 한다는 설명이 옳지 않다.
부반송파 간격을 심벌 주기의 역수로 맞추면 한 부반송파의 스펙트럼 최대점에서 다른 부반송파들의 값이 0이 되어, 스펙트럼을 겹치고도 주파수 효율을 높일 수 있다.
PAPR이 높아 송신기 전력효율이 낮아진다는 설명: 많은 부반송파가 합쳐져 첨두전력이 커지므로 전력증폭기를 백오프해 써야 해 효율이 떨어진다.
보호구간을 추가해 인접심벌 간 간섭을 제거한다는 설명: 다중경로 지연보다 긴 보호구간(순환 전치)을 넣어 ISI를 제거한다.
직렬 입력을 병렬 스트림으로 나눠 부반송파를 할당한다는 설명: 직렬-병렬 변환 후 각 저속 스트림을 부반송파에 실어 보내는 것이 OFDM의 기본 구조이다.

레이더 빔의 폭이 좁을수록 인접한 두 목표를 각도로 구별하기 쉬워 방위분해능이 좋아진다.
레이더 방정식에서 최대 탐지거리는 $R_{max}\propto\sqrt[4]{P_t\sigma}$이고, 거리분해능은 $\Delta R=\dfrac{c\tau}{2}$이다.
최대 탐지거리를 2배로 하려면 송신전력을 4배로 한다는 설명: 거리가 송신전력의 4제곱근에 비례하므로 16배가 필요하다.
유효반사면적이 작을수록 탐지거리가 증가한다는 설명: 유효반사면적이 클수록 반사 신호가 커져 탐지거리가 증가한다.
펄스폭이 넓을수록 거리분해능이 좋아진다는 설명: 펄스폭이 좁을수록 구별 가능한 최소 거리가 작아져 거리분해능이 좋아진다.

공간다이버시티는 안테나들을 충분히 멀리 떨어뜨려 서로 독립적인 페이딩을 겪게 해야 얻을 수 있다. 따라서 반파장 미만으로 가깝게 두면 공간다이버시티를 얻기 쉽다는 설명이 옳지 않다.
안테나 간격이 가까울수록 두 수신 신호의 페이딩 상관도가 커져 동시에 약해질 가능성이 높아지므로 다이버시티 이득이 줄어든다.
RAKE 수신기로 다이버시티 이득을 얻는다는 설명: CDMA의 RAKE 수신기는 다중경로 성분을 각각 분리·결합하는 경로(다중경로) 다이버시티를 얻는다.
동일 신호를 다른 시점에 송신해 결합한다는 설명: 채널 상관시간보다 떨어진 시점에 반복 송신하는 시간다이버시티이다.
동일 신호를 다른 주파수 대역에서 송신해 결합한다는 설명: 상관대역폭보다 떨어진 주파수를 쓰는 주파수다이버시티이다.

MIMO는 송수신 양쪽에 여러 개의 안테나를 두고 데이터를 여러 공간 경로로 전송하는 방식이다.
MIMO는 목적에 따라 공간 다중화(전송률 향상), 다이버시티(신뢰성 향상), 빔형성(수신 전력·SNR 향상)으로 활용된다.
복호 가능한 공간 스트림의 최대 개수가 송수신 안테나 수 중 큰 수라는 설명: 최대 스트림 수는 송신·수신 안테나 수 중 작은 수로 제한된다.
다이버시티 기법이 페이딩의 영향을 증가시킨다는 설명: 독립 경로를 결합해 페이딩의 영향을 줄인다.
빔형성에서 수신신호 전력이 최소가 되도록 전송한다는 설명: 원하는 방향으로 에너지를 모아 수신신호 전력이 최대가 되도록 한다.