5급 공채 2차

2023년 5급 공채 기술 2차 위성통신공학

문제 3개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (12점)

512[kHz]의 대역폭을 갖는 위성 통신 시스템에서 총 8개의 송신기가 각각 FDMA와 TDMA 방식으로 다중 접속하여 신호를 전송하며, 보호대역(guard band)과 보호시간(guard time)은 적용하지 않는다. 각각의 송신기는 QPSK 변조 방식과 사각펄스(rectangular pulse)의 심볼 파형을 사용하며, 전송 스펙트럼은 주엽(main-lobe)의 대역폭을 사용할 때, 다음 물음에 답하시오. (단, 언급되지 않은 다른 요소들은 무시한다) (총 12점)
  1. (1) FDMA 방식으로 다중 접속할 때, 각 주파수 채널에서 전송되는 데이터율[bps]을 구하시오. (3점)
  2. (2) FDMA 방식으로 다중 접속할 때, 전체 시스템의 데이터율[bps]을 구하시오. (3점)
  3. (3) TDMA 방식으로 다중 접속할 때, 각 채널별 시간 슬롯 구간에서 실제 전송신호의 심볼률[sps]을 구하시오. (3점)
  4. (4) TDMA 방식으로 다중 접속할 때, 전체 시스템의 전송 심볼률[sps]을 구하시오. (3점)

제2문 (18점)

중심 주파수가 10[GHz]이고 대역폭은 10[MHz]인 위성통신 링크에서 위성과 지구국 사이의 거리는 10,000[km]이다. 위성의 송신 전력은 10[W]이고 30[dBi]의 이득을 가진 송신 안테나를 사용하며, 지구국의 수신기 안테나 이득은 20[dBi]이고 수신기 잡음 온도는 100[K]라고 할 때, 다음 물음에 답하시오. (단, 볼츠만 상수는 1.38×10－23[J/K], 광속도는 3×108[m/s], 통신 서비스를 운용하는 공간은 자유공간이고, 기타 손실과 간섭은 없다) (총 18점)
  1. (1) 지구국의 수신 신호 전력[dBm]을 구하시오. (4점)
  2. (2) 수신 SNR(Signal to Noise power Ratio)[dB]을 구하시오. (5점)
  3. (3) 위성을 이용하여 지구국으로 20[Mbps]로 전송하는 통신 서비스를 제공하고자 한다. 16－QAM 디지털 변조를 사용하고 상승 코사인 필터(raised-cosine filter) 계수 \alpha＝1을 적용할 때, 1)과 2)의 결과를 이용하여 지구국에서 측정되는 E_{{b}} / N_{{o}}[dB]를 구하시오. (5점)
  4. (4) 위성의 고도가 지상 1,000[km]로 낮아질 경우, 지구국에서 수신되는 신호의 측면에서 장점과 단점을 한가지씩 기술하시오. (4점)

제3문 (20점)

위성 수신 시스템에서 잡음지수(noise figure)와 등가잡음온도(equivalent noise temperature)에 대해 다음 물음에 답하시오. (총 20점)
  1. (1) 열잡음(thermal noise)에 대해 설명하고, 온도에 따른 열잡음의 유효평균전력(N)에 대한 식을 유도하시오. (4점)
  2. (2) 수신기 입력에서의 신호대 잡음비는 S_{{i}} / N_{{i}}, 출력에서의 신호대 잡음비는 S_{{o}} / N_{{o}}, 신호의 전력이득은 G, 수신기의 주위 온도는 T_{{i}}, 볼츠만 상수는 k, 대역폭은 B, 수신기 내부 잡음전력은 \triangle N \,이라 할 때, 이를 사용하여 위성 수신기의 잡음지수(NF)에 대한 식을 유도하시오. (4점)
  3. (3) 수신기의 잡음지수는 NF, 수신기의 주위 온도는 T_{{i}}라 할 때, 이를 사용하여 수신기의 등가잡음온도(T_{{e}})에 대한 식을 유도하시오. (4점)
  4. (4) 위성 수신 시스템이 다음과 같이 3개 시스템의 종속연결(cascade)로 구성된다. 구성 시스템의 이득은 각각 G_{{1}} , \, G_{{2}} , \, G_{{3}}이고, 입력 잡음온도는 각각 T_{{1}} , \, T_{{2}} , \, T_{{3}}라 할 때, 이를 사용하여 종속연결된 전체 시스템의 등가잡음온도(T_{{e}})에 대한 식을 유도하시오. (4점)
    [그림]
  5. (5) 4)의 종속연결 위성 수신 시스템에서 각 구성 시스템의 잡음지수를 각각 NF_{1}, NF_{2}, NF_{3}라 할 때, 이를 사용하여 종속연결된 전체 시스템의 잡음지수(NF)에 대한 식을 유도하시오. (4점)