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무선 통신의 기초

파장과 주파수, dBm과 링크 버짓, 자유 공간 전파 손실과 페이딩, ASK·PSK·QAM과 심볼 레이트, 섀넌의 정리, OFDM과 OFDMA, MIMO와 빔포밍, 무선 LAN의 숨은 단말 문제, BLE·LPWA·NFC, LNA·믹서·PA와 잡음 지수, 슈퍼헤테로다인과 직접 변환을 객관식 문제로 학습합니다.

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무선 통신의 기초: 핵심 정리

스마트폰이나 무선 LAN, IoT 기기는 전파에 정보를 실어 보내고, 아주 약한 신호를 잡음 속에서 꺼내고 있습니다. 그 성능은 변조나 다중 접속 방식과 같은 통신 구조와, 증폭기나 믹서, 필터 등의 고주파 회로, 나아가 이를 실현하는 반도체 소자의 조합으로 정해집니다.

주파수와 파장, dB와 dBm에 의한 링크 버짓, 자유 공간 전파 손실, 다중 경로 페이딩, 도플러 편이와 같은 전파의 기본부터 ASK·FSK·PSK·QAM, 심볼 레이트와 비트 레이트, 섀넌의 정리, OFDM과 순환 전치, CDMA나 OFDMA, MIMO와 빔포밍까지를 계산 문제를 섞어 학습합니다. 나아가 무선 LAN 규격과 숨은 단말 문제, WPA3, BLE·LPWA·NFC·GNSS, 4G LTE와 5G NR의 개념, LNA·믹서·PA·듀플렉서의 역할, 잡음 지수와 프리스의 공식, 수신 감도, 슈퍼헤테로다인과 직접 변환, PA에 화합물 반도체가 사용되는 이유를 다룹니다.

무선 통신의 기초 전체 문제 (40)
  1. 광속을 3×10⁸ m/s로 할 때, 주파수 2.4 GHz인 전파의 진공 중 파장에 가장 가까운 것은?
  2. 무선기의 송신 전력이 20 dBm일 때, 이를 mW로 나타낸 값은?
  3. 안테나의 이득을 나타내는 단위 dBi에 대한 설명으로 적절한 것은?
  4. 송수신 안테나의 이득을 0 dBi로 할 때, 주파수 2.4 GHz(파장 0.125 m)의 전파가 자유 공간을 100 m 진행할 때의 자유 공간 전파 손실에 가장 가까운 것은?
  5. 송신 전력 20 dBm, 송신 안테나 이득 2 dBi, 수신 안테나 이득 2 dBi, 전파 손실 100 dB, 송신 측과 수신 측의 케이블 손실이 합쳐서 4 dB일 때 수신 전력은?
  6. 무선 통신에서 건물 등에서 반사된 전파가 경로 길이의 차이 때문에 늦게 도착하여 직접 도착한 전파와 간섭하고, 장소나 주파수에 따라 수신 전력이 크게 떨어지는 현상은?
  7. 주파수 2 GHz의 전파를 수신하는 단말이 기지국을 향해 초속 30 m(시속 108 km)로 다가가고 있다. 광속을 3×10⁸ m/s로 할 때, 단말이 수신하는 전파의 주파수 어긋남(도플러 편이)의 크기에 가장 가까운 것은?
  8. 5G에서 사용되는 28 GHz 대역 등 밀리미터파 대역 전파의, 6 GHz 이하 주파수 대역과 비교한 일반적인 특징으로 적절한 것은?
  9. 디지털 변조 중 반송파의 진폭과 주파수를 일정하게 유지한 채 위상을 바꾸어 데이터를 나타내는 방식은?
  10. 64QAM에서 1심볼로 보낼 수 있는 비트 수는?
  11. 16QAM에서 심볼 레이트가 초당 5 M심볼(5 Mbaud)일 때 비트 레이트는?
  12. 같은 심볼 레이트에서 변조 방식을 16QAM에서 256QAM으로 바꾸었을 때의 일반적인 성질로 적절한 것은?
  13. 대역폭 20 MHz, S/N(신호 대 잡음비) 30 dB인 채널에서 섀넌의 정리로 구할 수 있는 채널 용량(오류 없이 보낼 수 있는 전송 속도의 이론상 상한)에 가장 가까운 것은?
  14. OFDM(직교 주파수 분할 다중)에 대한 설명으로 적절한 것은?
  15. OFDM에서 각 심볼 끝부분의 일부를 복사하여 심볼 앞에 덧붙이는 순환 전치(CP, cyclic prefix)의 주된 목적은?
  16. OFDM에서는 CP를 제외한 심볼의 길이가 부반송파 간격의 역수가 된다. 부반송파 간격을 15 kHz에서 60 kHz로 넓혔을 때, CP를 제외한 심볼의 길이에 가장 가까운 것은?
  17. 직접 확산 방식(DSSS) 대역 확산(스펙트럼 확산)에 대한 설명으로 적절한 것은?
  18. 여러 이용자가 같은 주파수를 같은 시간에 사용하고, 이용자마다 다른 부호로 신호를 구별하는 다중 접속 방식은?
  19. OFDMA(Orthogonal Frequency-Division Multiple Access)에 대한 설명으로 적절한 것은?
  20. 송신 안테나 4개, 수신 안테나 2개인 MIMO에서 공간 다중화에 의해 같은 주파수·같은 시간에 보낼 수 있는 독립된 데이터 흐름(스트림) 수의 상한은?
  21. 여러 안테나 소자에서 보내는 신호의 위상(과 진폭)을 소자마다 조정하여, 특정 방향으로 전파를 보강시켜 보내는 기술은?
  22. 5G 밀리미터파 대역의 기지국이나 단말에서 다수의 안테나 소자를 늘어놓은 어레이 안테나에 의한 빔포밍이 사용되는 주된 이유로 가장 적절한 것은?
  23. 휴대 전화의 셀룰러 방식에서 서비스 지역을 다수의 작은 구역(셀)으로 나누고 각각에 기지국을 두는 주된 이유는?
  24. 4G LTE의 상향 링크(단말에서 기지국으로의 송신)에서 하향 링크의 OFDMA가 아니라 SC-FDMA(DFT 확산 OFDM)가 채택된 주된 이유로 가장 적절한 것은?
  25. IEEE 802.11ac(Wi-Fi 5) 무선 LAN이 사용하는 주파수 대역은?
  26. 무선 LAN의 숨은 단말 문제를 줄이기 위해 사용되는 RTS/CTS의 구조로 적절한 것은?
  27. 무선 LAN 보안 규격 WPA3의 퍼스널 모드에서 WPA2의 사전 공유 키(PSK) 방식을 대신하여 채택되어, 통신이 도청되더라도 오프라인 사전 공격으로 패스워드를 추측하기 어렵게 한 인증·키 교환 방식은?
  28. Bluetooth Low Energy(BLE)의 특징으로 적절한 것은?
  29. IoT에서 사용되는 LPWA(Low Power Wide Area) 무선 통신의 특징으로 적절한 것은?
  30. 교통 IC 카드나 스마트폰 비접촉 결제에 사용되는 NFC의 특징으로 적절한 것은?
  31. GPS 등 GNSS(전 지구 위성 항법 시스템) 수신기가 자신의 시계 오차도 함께 구하면서 3차원 위치를 결정하기 위해 최소한으로 필요한 위성의 수는?
  32. 무선 수신기에서 안테나 바로 뒤에 놓여, 자신의 잡음을 가능한 한 더하지 않고 미약한 수신 신호를 증폭하는 회로는?
  33. 수신기에서 수신한 신호와 국부 발진기(LO)의 신호를 곱하여 두 주파수의 차(나 합)의 주파수를 가진 신호를 만들어 주파수를 변환하는 회로는?
  34. 슈퍼헤테로다인 수신기에서 900 MHz의 신호를 수신하기 위해 국부 발진기(LO)를 800 MHz로 하여 100 MHz의 중간 주파수(IF)로 변환하고 있다. 이때 같은 100 MHz의 IF로 변환되어 버리는 이미지 주파수는?
  35. 국부 발진기(LO)의 주파수를 수신하는 신호와 같게 하여 중간 주파수를 거치지 않고 직접 기저대역으로 변환하는 직접 변환(다이렉트 컨버전) 수신기를 슈퍼헤테로다인 수신기와 비교한 설명으로 적절한 것은?
  36. OFDM이나 다치 QAM 신호를 보내는 송신기에서 전력 증폭기(PA)를 출력이 포화하는 점보다 낮춘(백오프한) 동작점에서 사용하는 주된 이유는?
  37. 수신기의 첫 단에 잡음 지수 1.5 dB·이득 15 dB인 LNA를 두고, 그 뒤에 잡음 지수 10 dB인 회로를 연결했다. 2단 전체의 잡음 지수에 가장 가까운 것은?
  38. 온도 290 K에서의 열잡음 전력 밀도를 −174 dBm/Hz로 한다. 대역폭 1 MHz, 잡음 지수 6 dB인 수신기에서 복조에 필요한 S/N이 10 dB일 때, 수신 감도(수신할 수 있는 최소 신호 전력)에 가장 가까운 것은?
  39. 송신과 수신에 다른 주파수를 사용하여 동시에 송수신하는 FDD 방식의 휴대 전화에서, 1개의 안테나를 송신과 수신에 공용하기 위해 주파수의 차이를 이용하여 송신 신호와 수신 신호를 나누는 부품은?
  40. 스마트폰의 무선 회로에서 LNA·믹서·PLL 등을 포함하는 트랜시버는 CMOS 칩에 집적되는 경우가 많은 한편, 송신 PA에는 GaAs HBT 등의 화합물 반도체가 사용되는 경우가 많다. 그 주된 이유로 가장 적절한 것은?

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