증폭기나 수신기 등의 회로가 자신의 잡음으로 신호 대 잡음비(S/N)를 얼마나 악화시키는지를 나타내는 지표. 입력 S/N을 출력 S/N으로 나눈 비(잡음 계수)를 dB로 나타낸 것을 잡음 지수(NF)라고 부른다. 온도 290 K의 열잡음을 기준으로 정의된다. 종속 접속한 회로 전체의 값은 프리스의 공식으로 구하며, 주로 첫 단의 잡음 지수와 이득으로 정해진다.
일본어 명칭: 雑音指数(NF)
잡음 지수(NF)은(는) 무선 통신의 기초 등 1개 분야의 연습 문제 3개에 나와요.
분야: 무선 통신의 기초
잡음 계수 F는 입력 S/N을 출력 S/N으로 나눈 비로, 입력 잡음을 온도 290 K의 열잡음으로 했을 때의 값으로 정의됩니다. 잡음이 없는 이상적인 회로에서는 F = 1(0 dB)이며, NF = 10·log₁₀ F입니다. 같은 성능을 회로의 잡음을 입력으로 환산한 온도로 나타낼 수도 있으며, 등가 잡음 온도는 Te = 290 × (F − 1) K입니다. 예를 들어 NF 1 dB는 약 75 K, NF 3 dB는 약 290 K에 해당하며, 위성 통신 수신기처럼 잡음이 작은 영역에서는 잡음 온도가 자주 사용됩니다.
잡음 계수 F1·이득 G1인 회로 뒤에 잡음 계수 F2·이득 G2, F3인 회로를 연결하면, 전체의 잡음 계수는 F = F1 + (F2 − 1)/G1 + (F3 − 1)/(G1·G2) + …가 됩니다(모두 선형 값). 뒤 단의 잡음은 그보다 앞의 이득으로 나누어지므로, 첫 단에 잡음 지수가 작고 이득이 큰 LNA를 두는 것이 중요합니다. 반대로 안테나와 LNA 사이의 케이블이나 필터의 손실(L dB)은 그만큼 잡음 지수를 그대로 악화시킵니다.
LNA의 잡음 지수는 트랜지스터의 열잡음이나 샷 노이즈, 게이트나 베이스의 저항 등으로 정해집니다. 높은 주파수에서 특히 작은 잡음 지수가 요구되는 용도에서는 전자 이동도가 높은 GaAs나 InP의 HEMT가 사용되어 왔습니다. 한편 미세화한 CMOS의 LNA도 수 GHz까지의 휴대 전화나 무선 LAN에서는 충분한 성능을 얻을 수 있게 되어 트랜시버에 집적되고 있습니다.
정답: B. 2.3 dB
종속 접속한 회로의 잡음 지수는 프리스의 공식 F = F1 + (F2 − 1)/G1로 구하며, F(잡음 지수)와 G(이득)에는 선형 값을 사용합니다. F1 = 10^0.15 ≈ 1.41, F2 = 10, G1 = 10^1.5 ≈ 31.6이므로 F ≈ 1.41 + 9/31.6 ≈ 1.70이 되고, dB로 하면 10·log₁₀(1.70) ≈ 2.3 dB입니다. 뒤 단의 잡음은 첫 단의 이득으로 나누어지므로 첫 단의 이득이 클수록 영향은 작아집니다. 이 때문에 수신기의 잡음 성능은 주로 첫 단의 LNA로 정해집니다.
회로를 통과하면 S/N이 3 dB(약 1/2) 나빠진다는 의미입니다. 입력으로 환산하면 회로가 입력 열잡음과 같은 크기의 잡음을 더하고 있는 것이 됩니다. 수신기의 잡음 지수가 3 dB 내려가면 수신 감도는 3 dB 좋아집니다.
네. 정합이 잡힌 수동적인 손실(필터나 케이블)의 잡음 지수는 손실의 dB 값과 거의 같습니다. LNA보다 앞에 두면 그 손실이 그대로 전체 잡음 지수에 더해집니다. LNA 뒤에 두면 프리스의 공식에 따라 LNA의 이득으로 나누어져 영향이 작아집니다.
종속 접속한 회로의 잡음 지수는 프리스의 공식 F = F1 + (F2 − 1)/G1로 구하며, F(잡음 지수)와 G(이득)에는 선형 값을 사용합니다.
수신기의 첫 단에 잡음 지수 1.5 dB·이득 15 dB인 LNA를 두고, 그 뒤에 잡음 지수 10 dB인…수신기의 잡음 지수만큼 잡음이 늘어났다고 보면, 입력으로 환산한 잡음 전력은 −114 + 6 = −108 dBm이 됩니다.
온도 290 K에서의 열잡음 전력 밀도를 −174 dBm/Hz로 한다. 대역폭 1 MHz, 잡음 지수 6 …첫 단에서 더해진 잡음은 뒤 단에서 신호와 구별되지 않은 채 증폭되므로, 수신기 전체의 잡음 지수는 주로 LNA의 잡음 지수와 이득으로 정해집니다.
무선 수신기에서 안테나 바로 뒤에 놓여, 자신의 잡음을 가능한 한 더하지 않고 미약한 수신 신호를 증폭하는…열잡음(존슨 잡음) 링크 버짓(Link Budget) 빔포밍(Beamforming) 섀넌의 정리(Shannon's Theorem) 숨은 단말 문제(Hidden Node Problem) 슈퍼헤테로다인 방식(Superheterodyne) 자유 공간 전파 손실(Free-space Path Loss) 직접 변환 방식(Direct Conversion) 페이딩(Fading) BLE(Bluetooth Low Energy)