[9급 국가직 무선공학개론] 18년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

제시된 기술 중 최대 전송속도가 가장 낮은 것은 지그비(ZigBee)이다.
지그비는 IEEE 802.15.4 기반의 저속·저전력 센서 네트워크용 기술로, 전송속도보다 저전력·저비용과 많은 노드 연결을 우선한다.
무선 랜(WLAN): 고속 데이터 전송을 위한 무선 근거리 통신망으로 지그비보다 훨씬 빠르다.
블루투스(Bluetooth): 같은 근거리 개인 통신망 계열이지만 음성·오디오·파일 전송용으로 지그비보다 빠르다.
LTE(Long Term Evolution): 광대역 이동통신으로 지그비보다 훨씬 빠르다.

높은 주파수에서 낮은 주파수 순서는 Ka－Ku－C－S이다.
IEEE 대역 명칭은 낮은 쪽부터 L, S, C, X, Ku, K, Ka 순으로 올라가므로, 네 대역 중 Ka가 가장 높고 Ku, C, S 순으로 낮아진다.
C－Ku－Ka－S: C가 Ku·Ka보다 낮은데 맨 앞에 있어 틀렸다.
Ku－Ka－S－C: Ka가 Ku보다 높고 C가 S보다 높으므로 틀렸다.
S－C－Ka－Ku: 가장 낮은 S부터 시작하고 Ka·Ku 순서도 뒤바뀌어 틀렸다.

옳지 않은 것은 FM 변조지수가 증가하면 평균전력도 증가한다는 설명이다.
FM 신호는 진폭이 일정한 신호이므로 평균전력은 $\dfrac{A_c^2}{2}$로 변조지수와 무관하게 일정하고, 변조지수가 커지면 전력이 반송파에서 측파대로 재분배될 뿐이다.
광대역 FM의 점유 대역폭이 AM보다 넓다: 카슨 법칙 $B=2(\Delta f+f_m)$가 AM의 $2f_m$보다 넓으므로 옳다.
FM이 AM보다 잡음 영향이 적다: 정보가 진폭이 아닌 주파수에 실리고 리미터로 진폭 잡음을 제거할 수 있으므로 옳다.
AM에서 변조지수가 1보다 크면 과변조: 포락선이 0 아래로 내려가 왜곡되므로 옳다.

옳지 않은 것은 양자화 비트 수가 1비트 늘면 신호대양자화잡음비가 3 dB 증가한다는 설명이다.
균일 양자화에서 비트 수가 n이면 양자화 레벨은 $2^n$이고 신호대양자화잡음비는 $(2^n)^2$에 비례하므로, 1비트당 $10\log_{10}4\approx6\,\mathrm{dB}$씩 증가한다. 즉 약 6 dB가 맞다.
표본화된 신호 복원에 저역통과필터가 필요하다: 표본 스펙트럼에서 기저대역 성분만 걸러내야 하므로 옳다.
PAM 구현 방법으로 sample-and-hold 방식이 있다: 평탄 표본화(flat-top) PAM의 대표적 구현이므로 옳다.
나이키스트 표본화 주파수는 메시지 최대 주파수의 2배: 표본화 정리 그대로이므로 옳다.

반사계수의 크기는 1/3, 전압정재파비는 2이다.
반사계수: $\Gamma=\dfrac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}=\dfrac{100-50}{100+50}=\dfrac{1}{3}$
전압정재파비: $\mathrm{VSWR}=\dfrac{1+|\Gamma|}{1-|\Gamma|}=\dfrac{1+1/3}{1-1/3}=2$
부하가 순저항이고 특성 임피던스보다 클 때는 $\mathrm{VSWR}=\dfrac{Z_L}{Z_0}=\dfrac{100}{50}=2$로도 바로 확인된다.

수신 전력은 -42 dBm이다.
송신 전력 환산: $10\log_{10}\dfrac{10\,\mathrm{W}}{1\,\mathrm{mW}}=10\log_{10}10^4=40\,\mathrm{dBm}$
링크 버짓(dB 단위 덧셈): $P_r=P_t+G_t+G_r-L_{sys}-L_{path}$
$P_r=40+20+20-10-112=-42\,\mathrm{dBm}$
경로 손실이 이미 dB로 주어졌으므로 3 GHz 반송파 주파수는 계산에 쓰이지 않으며, 10 W를 dBm으로 환산하는 것이 핵심이다.

옳은 것은 ㄱ과 ㄴ이다.
자유공간 경로손실 $\left(\dfrac{4\pi d}{\lambda}\right)^2$은 파장이 짧을수록, 즉 주파수가 높을수록 커지고, 페이딩은 다중경로 전파 등으로 수신 신호 세기가 공간·시간에 따라 변하는 현상이다.
ㄷ(전파 특성은 주파수의 영향을 받지 않는다): 경로손실, 회절, 투과 손실, 강우감쇠 등이 모두 주파수에 따라 달라지므로 틀렸다.
ㄹ(수신단이 움직이지 않으면 페이딩이 없다): 주변 차량·사람 같은 산란체가 움직이거나 다중경로 신호가 서로 간섭하면 고정된 수신단에서도 페이딩이 생기므로 틀렸다.

옳지 않은 것은 각변조가 중첩의 원리가 성립하는 선형성을 가진다는 설명이다.
각변조 신호 $A_c\cos(2\pi f_c t+\phi(t))$는 메시지가 코사인 함수의 위상 안에 들어가므로, 두 메시지의 합으로 변조한 신호가 각각 변조한 신호의 합과 같지 않다. 즉 각변조는 비선형 변조이다.
PM 신호의 위상은 메시지에 대해 선형적으로 변화: $\phi(t)=k_p m(t)$이므로 옳다.
FM 근사 대역폭은 변조지수와 메시지 대역폭으로 구함: 카슨 법칙 $B\approx2(\beta+1)W$이므로 옳다.
메시지를 적분해 위상 변조하면 FM: FM의 순시 위상은 $2\pi k_f\int m(\tau)\,d\tau$이므로 옳다.

입력에서 출력으로의 전송이득(삽입손실)을 나타내는 것은 $\mathrm{S}_{21}$이다.
그림의 행렬식에서 $b_2=S_{21}a_1+S_{22}a_2$이므로 출력 포트를 정합해 $a_2=0$으로 두면 $S_{21}=\dfrac{b_2}{a_1}$, 즉 입력 포트로 들어간 파 대비 출력 포트로 나온 파의 비가 된다.
$\mathrm{S}_{11}$: $\dfrac{b_1}{a_1}$로 입력 포트의 반사계수(입력 반사손실)를 나타낸다.
$\mathrm{S}_{12}$: $\dfrac{b_1}{a_2}$로 출력에서 입력으로의 역방향 전송(아이솔레이션)을 나타낸다.
$\mathrm{S}_{22}$: $\dfrac{b_2}{a_2}$로 출력 포트의 반사계수를 나타낸다.

옳지 않은 것은 저궤도(LEO) 위성이 지구의 자전속도와 동일한 속도로 공전한다는 설명이다.
지구 자전과 같은 주기로 공전해 지상에서 정지한 것처럼 보이는 것은 정지궤도(GEO) 위성이며, 저궤도 위성은 고도가 낮아 훨씬 빠르게 공전하므로 지상에서 보면 짧은 시간 안에 하늘을 지나간다.
상업용 위성 주파수 대역에 C, Ku, Ka, L 등이 있다: 옳다.
Ku 대역에서 상향링크 주파수가 하향링크보다 높다: 감쇠가 큰 높은 주파수를 송신 전력에 여유가 있는 지구국 쪽 상향링크에 배정하므로 옳다.
정지궤도 위성은 지표면에서 약 36,000 km에 위치: 옳다.

이론적 채널용량은 75 kbps이다.
섀넌 채널용량 공식: $C=B\log_2\left(1+\dfrac{S}{N}\right)$
대입: $C=15\,\mathrm{kHz}\times\log_2(1+31)=15\times\log_2 32=15\times5=75\,\mathrm{kbps}$
여기서 31은 dB 값이 아닌 선형 신호대잡음비이므로 그대로 1을 더해 로그를 취한다.

옳지 않은 것은 SSB가 영상신호 전송에 유리해 TV 방송에서 주로 사용된다는 설명이다.
영상신호는 직류 부근의 저주파 성분까지 포함해 한쪽 측파대만 날카롭게 잘라내는 SSB 필터 구현이 어렵기 때문에, TV 영상 전송에는 잔류측파대(VSB) 방식이 사용되었다.
DSB-SC는 동기 복조기를 사용: 반송파가 없어 포락선 검파가 불가능하므로 옳다.
DSB-TC는 DSB-SC보다 송신전력 효율이 떨어짐: 정보가 없는 반송파에 전력 대부분을 쓰므로 옳다.
VSB 대역폭은 SSB보다 크고 DSB보다 작음: 한 측파대 전체와 다른 측파대의 일부를 보내므로 옳다.

수신 전력은 거리 R의 4제곱에 반비례한다.
송신기에서 목표물까지 가는 동안 전력밀도가 $\dfrac{1}{R^2}$로 줄고, 목표물에서 재방사된 신호가 수신기로 돌아오며 다시 $\dfrac{1}{R^2}$로 줄어든다.
따라서 레이더 방정식 $P_r=\dfrac{P_tG^2\lambda^2\sigma}{(4\pi)^3R^4}$처럼 왕복 경로 때문에 수신 전력은 $R^4$에 반비례한다.

옳지 않은 것은 반사기의 길이를 도파기보다 짧게 한다는 설명이다.
야기-우다 안테나에서 반사기는 투사기(급전 소자)보다 약간 길게 해 유도성으로, 도파기는 투사기보다 약간 짧게 해 용량성으로 동작시킨다. 따라서 길이는 반사기가 가장 길고 투사기, 도파기 순으로 짧아진다.
이득과 관련한 빔 패턴은 대부분 도파기에 의해 좌우된다: 도파기 배열이 전방 지향성을 형성하므로 옳다.
투사기에서 도파기를 향한 예리한 지향 특성: 주빔이 도파기 방향으로 형성되므로 옳다.
도파기 수를 늘리면 이득이 증가한다: 옳다(다만 증가 폭은 점차 줄어든다).

무선 랜(WLAN) 기술을 규정하는 국제 표준은 IEEE 802.11이다.
IEEE 802 위원회는 통신 범위·용도별로 표준을 나누며, 802.11은 Wi-Fi로 알려진 무선 근거리 통신망 표준이다.
IEEE 802.15: 블루투스·지그비 등 무선 개인 통신망(WPAN) 표준이다.
IEEE 802.16: WiMAX 등 무선 도시권 통신망(WMAN) 표준이다.
IEEE 802.21: 이기종 네트워크 간 핸드오버(Media Independent Handover) 표준이다.

옳은 것은 광대역 FM을 생성하는 간접 FM 방식이 주파수체배기를 사용한다는 설명이다.
간접 FM(암스트롱 방식)은 먼저 협대역 FM을 만든 뒤 주파수체배기로 주파수 편이를 키워 광대역 FM을 얻고, 필요하면 혼합기로 반송파를 원하는 대역으로 옮긴다.
FM 대역폭은 항상 메시지 대역폭의 2배: 카슨 법칙 $B\approx2(\Delta f+f_m)$처럼 주파수 편이에 따라 달라지므로 틀렸다.
주파수 편이는 반송파 주파수로 결정: 주파수 편이는 메시지 진폭과 주파수 감도 $k_f$로 결정되므로 틀렸다.
FM 변조지수는 메시지 대역폭과 무관: $\beta=\dfrac{\Delta f}{f_m}$로 메시지 주파수에 반비례하므로 틀렸다.

삽입할 1/4 파장 선로의 임피던스는 100 Ω이다.
1/4 파장 변성기의 입력 임피던스는 $Z_{in}=\dfrac{Z_T^2}{R_L}$이므로, 이를 $Z_0$와 같게 하려면 $Z_T=\sqrt{Z_0R_L}$이어야 한다.
대입: $Z_T=\sqrt{50\times200}=\sqrt{10000}=100\,\Omega$
즉 두 임피던스의 기하평균을 갖는 1/4 파장 선로를 넣으면 200 Ω 부하가 입력 쪽에서 50 Ω으로 보여 정합된다.

LTE 상향링크의 다중접속 방식은 SC-FDMA이다.
OFDMA는 최대 전력 대 평균 전력비(PAPR)가 커서 단말 전력증폭기의 효율을 떨어뜨리므로, 배터리로 동작하는 단말이 송신하는 상향링크에는 PAPR이 낮은 단일 반송파 기반의 SC-FDMA를 쓴다.
OFDMA: LTE 하향링크(기지국에서 단말)의 다중접속 방식이다.
TDMA: GSM 등 2세대 이동통신의 다중접속 방식이다.
CDMA: IS-95, WCDMA 등 2·3세대 이동통신의 다중접속 방식이다.

옳지 않은 것은 단말기 대 단말기 간 직접 무선통신을 기반으로 한다는 설명이다.
셀룰러 이동통신은 서비스 지역을 셀로 나누고 각 셀의 기지국을 거쳐 통신이 이루어지는 인프라 기반 구조이다.
기지국에서 단말기로의 채널을 하향 링크라 한다: 옳다(단말에서 기지국은 상향 링크).
지향성 안테나로 셀을 섹터로 나누면 동일채널 간섭이 감소한다: 간섭을 주는 동일채널 셀 수가 줄어들므로 옳다.
주파수 재사용은 거리가 먼 기지국 간 동일 주파수 사용: 옳다.

옳지 않은 것은 펄스 주기가 신호의 왕복시간보다 작아야 한다는 설명이다.
다음 펄스를 보내기 전에 앞 펄스의 반사파가 돌아와야 거리를 모호함 없이 측정할 수 있으므로, 펄스 반복 주기는 목표물까지의 왕복시간보다 커야 한다.
펄스 반복 주파수가 작을수록 최대 탐지 거리가 커진다: $R_{max}=\dfrac{c}{2f_r}$이므로 옳다.
펄스 폭이 작을수록 듀티 사이클이 작아진다: $D=\dfrac{\tau}{T}$이므로 옳다.
평균 전력과 피크 전력의 관계는 펄스 폭과 반복 주기로 결정: $P_{avg}=P_{peak}\dfrac{\tau}{T}$이므로 옳다.