모든 비선형 소자를 거친 신호는 소자의 비선형성에 의해 출력에 원하지 않는 신호가 발생합니다.
IMD(Inter Modulation Distortion)는 앰프의 비선형 특성에 의해 생기는 왜곡 특성이 출력에 나타나는 현상을 말합니다.
입력신호가 낮을 때는 입력 대비 출력신호의 이득이 일정하나 입력신호가 커질 경우 앰프가 포화 되어 이득이 조금씩 떨어지는 현상이 발생합니다.
1. IMD(Inter Modulation Distortion)
1) 개념
앰프의 비선형 특성을 나타내는 것으로 입력신호가 서로서로 영향을 주어 주파수 스펙트럼에서 스퓨리어스 성분이 크게 보이는 현상이 나타납니다.
2) 다항식 표현
앰프 입력신호를 x(t), 출력신호를 y(t)라 하면,
x(t) = cos w₁t + cos w₂t
y(t) = ax(t) + bx²(t) + cx³(t) + dx⁴(t) ∙∙∙
위의 수식을 풀고 BPF를 통과하면,
- 3차 항은 2f₁±f₂, 2f₂±f₁성분이 영향을 미침
- 5차 항은 3f₁±2f₂, 3f₂±2f₁성분이 영향을 미침
- 7차 항은 4f₁±3f₂, 4f₂±3f₁성분이 영향을 미침
3) 특징
- 우수차 항은 입력신호와 주파수 이격 거리가 멀어 대역내 영향이 적음
- 기수차 항은 입력신호와 주파수 이격 거리가 인접하여 대역내 영향이 큼
- 실질적으로 문제를 야기하는 IMD 성분은 입력신호대역 근처에 존재하는 2f₁±f₂, 2f₂±f₁의 두 신호 성분
- FDD Duplex 설계시 5차 항을 초과해서 주파수 이격 거리를 두어야 함
2. IMD 현상
1) AM-AM
AM-AM은 입력신호의 진폭에 따라 출력의 진폭 특성이 변하는 현상을 말합니다.
2) AM-PM
AM-PM은 입력신호의 진폭에 따라 출력의 위상이 변하는 현상을 말합니다.
3. IMD의 시스템 영향
IMD는 진폭이 클수록 왜곡이 심해져 진폭잡음 및 위상잡음이 발생하게 됩니다.
4. IMD 극복 방안
1) Pre-distortion
Pre-distortion은 앰프의 왜곡 특성과 반대되는 왜곡 곡선을 사전에 사용하는 방법입니다.
2) Feed-forward
Feed-forward은 신호를 예측하여 왜곡 상쇄하는 방법입니다.
3) Feed-back
Feed-back은 앰프 출력을 피드백 하여 상쇄하는 방법입니다.
IMD는 앰프의 증폭 왜곡에 의해 발생되어 신호의 품질을 열화 시키고 OFDM 등의 변조방식에 더욱 더 영향을 주게 됩니다.
따라서 IMD의 감소 기법인 앰프 선형화 방식은 더욱 발전되어야 할 것입니다.
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