잡음지수(Noise Figure)

SNR은 신호대 잡음의 비를 의미하며, 어떤 회로나 시스템을 통과하면 잡음이 증가되어 출력 SNR은 입력 SNR보다 항상 작아집니다. 

잡음지수(Noise Figure)는 시스템이나 회로블록을 신호가 통과하면서 얼마나 잡음이 부가되는지 나타내는 지표입니다. 즉, 시스템의 입력과 출력에서 잡음의 변화량을 나타내는 것을 의미합니다.

1. 신호대 잡음비(SNR)

1) 개념

• 신호전력대 잡음전력의 상대적 크기를 나타내는 비
• 아날로그 통신시스템의 성능을 판단하는 중요한 척도

SNR = 평균 신호전력(S) / 평균 잡음전력(N)

SNR[dB] = 10 log10 (S/N)

만약 S = N 이 되면, SNR[dB] = 0[dB]로, 잡음의 수준이 신호와 심하게 맞서기 때문에 신호경계를 읽을 수 없게 됩니다. 다시 말하면, 신호를 검출할 수 있는 최소조건은 잡음전력보다 신호전력이 커야 한다는 겁니다.

2) SNR 평가

• 0[dB] : 통화 불능상태(S = N)
• 30[dB] : 잡음은 있으나 통화가능(S : N = 10³ : 1)
• 60[dB] : 무잡음 상태(S : N = 10⁶ : 1)

2. 잡음지수(Noise Figure)

1) 개념

• 시스템의 입력 SNR과 출력 SNR의 비
• 시스템의 내부잡음에 의한 SNR의 저하 정도를 나타냄

잡음지수(NF) = (SNR)in / (SNR)out

• 잡음지수가 적을수록 시스템에서 부가되는 잡음의 양이 적음
• 잡음이 없는 이상적인 시스템의 NF=1

2) 특징

• 실제의 시스템에서는 잡음이 부가되어 NF > 1
• 시스템 내부에서 발생한 잡음지수 NF=-1
• 이상적인 시스템의 잡음지수 NF=1

3. 다단증폭기의 종합 잡음지수

1) 개념

다단증폭기의 종합 잡음지수란 증폭기가 종속으로 다수 연결되어 있을 때 전체 잡음지수를 의미합니다.

Friss 전달공식에 의한 종합잡음지수 NF는 다음과 같습니다.

위 식을 보면 종속으로 연결된 증폭기의 전체 잡음지수는 초단 증폭기의 잡음지수(NF₁)에 의해 결정됨을 알 수 있습니다.

2) 특징

• F는 F₁(전치 증폭기의 잡음지수)에 거의 의존(F ≃ F₁)
• 다단 증폭기의 초단은 전력이득이 적고 잡음지수가 작은 증폭기를 사용하는 것이 바람직함(G₁ ⋙ 1)