수신기 앞단: LNA, 하향 변환, 필터

수신기는 −60 dBm처럼 약한 신호를 어떻게 다룰 수 있는 크기로 만들까?

안테나 바로 뒤의 저잡음 증폭기(low-noise amplifier, LNA)가 신호를 먼저 키운다. 증폭기는 신호와 함께 이미 들어온 잡음도 같은 비율로 키우고, 자기 소자의 잡음을 조금 더한다. 증폭기를 지난 뒤 SNR이 몇 dB 나빠지는지를 잡음 지수(noise figure, NF)라고 한다. LNA를 맨 앞에 두는 것은 그 뒤 부품이 더하는 잡음을 작게 보이게 하기 위해서이다. 앞에서 신호를 크게 키워 두면, 뒤의 믹서가 더하는 잡음은 커진 신호에 견주어 작다. 예를 들어 이득 15 dB, 잡음 지수 2 dB인 LNA 뒤에 이득 −7 dB, 잡음 지수 10 dB인 믹서를 두면 둘을 합한 잡음 지수는 약 2.72 dB이지만, 믹서를 앞에 두면 약 11.12 dB가 된다. 이 장 첫 그림의 ⑥이 이 두 경우이다. 수신기 전체의 잡음 바닥은 첫 단이 정한다.

LNA 뒤에서는 4장 '주파수 변환'의 두 갈래 믹서가 $f_c$ 둘레를 0 Hz 둘레로 내린다. 믹서 출력에는 $2f_c$ 둘레의 성분과 받을 대역 밖의 다른 신호가 함께 있으므로, 저역 통과 필터가 받을 대역만 남긴다. 이 필터는 다음 ADC가 샘플링할 때 대역 밖의 성분이 aliasing으로 대역 안에 들어오지 않게 하는 aliasing 방지 필터이기도 하다(3장, 6장). 필터 뒤의 가변 이득 증폭기가 신호를 ADC의 풀 스케일에 알맞은 크기로 맞춘다. 너무 작으면 양자화 잡음에 묻히고, 너무 크면 잘린다(3장).

LNA가 신호와 잡음을 어떻게 바꾸는지는 이 장 첫 그림의 ⑤와 ⑥에서 보았다. 아래 그림은 그 뒤의 하향 변환과 필터를 따라간다. 2431, 2437, 2443, 2449 MHz의 네 톤을 LO 2440 MHz로 내리면 ① RF 스펙트럼의 각 톤이 ② $f-f_{\mathrm{LO}}$로 옮겨 가고, ③ 아날로그 저역 통과 필터가 $\pm B/2$ 안의 톤만 남기고, ④ 샘플링이 $\pm f_s/2$ 안을 담는다. 6장에서 같은 그림을 Pluto의 설정 이름으로 다시 본다.

톤 A–D는 합성한 것이다. 필터는 이상적인 모양으로 그렸다.