LNA یا تقویت‌کننده کم‌نویز (Low Noise Amplifier) اولین و شاید مهم‌ترین المان در زنجیره گیرنده هر سیستم رادیویی است. وظیفه اصلی LNA تقویت سیگنال ضعیف دریافتی از آنتن با حداقل اضافه کردن نویز به آن است. تصمیمات طراحی LNA تقریباً تمام عملکرد نویزی گیرنده را تعیین می‌کنند. در این مقاله به بررسی جامع LNA، نویز فیگور و تاثیر آن در شبکه‌های سلولی می‌پردازیم.

چرا LNA حیاتی است؟

سیگنال دریافتی از آنتن BTS از یک UE که در مرز سلول قرار دارد ممکن است تنها -۱۱۰ تا -۱۲۰ dBm باشد. این سطح توان بسیار پایین است (پیکووات). اگر اولین المان زنجیره گیرنده نویز زیادی اضافه کند، سیگنال در نویز گم می‌شود. به همین دلیل LNA باید ضمن تقویت سیگنال، کمترین نویز ممکن را به آن اضافه کند.

Friis Formula برای نویز فیگور

یکی از مهم‌ترین روابط در طراحی گیرنده، فرمول فریس (Friis Formula) است که نویز فیگور کل یک زنجیره چند مرحله‌ای را محاسبه می‌کند. فرمول: F_total = F1 + (F2-1)/G1 + (F3-1)/(G1×G2) + … که در آن F نویز فیگور و G بهره (gain) هر مرحله است. این فرمول نشان می‌دهد که نویز فیگور مرحله اول (LNA) بیشترین تاثیر را بر نویز فیگور کل دارد.

به عنوان مثال، اگر LNA نویز فیگور ۱.۵ dB و گین ۲۰ dB داشته باشد، تاثیر مراحل بعدی بر نویز فیگور کل تقریباً 20 برابر کاهش می‌یابد. این اهمیت LNA در اول زنجیره را توضیح می‌دهد.

پارامترهای کلیدی LNA

Noise Figure (NF)

نویز فیگور نسبت SNR ورودی به SNR خروجی است که بر حسب دسیبل بیان می‌شود. LNA بهتر NF کمتری دارد. در BTS‌های مدرن، NF زنجیره گیرنده (شامل LNA، فیلتر، Mix و دیجیتال) بین ۳ تا ۵ دسیبل است. LNA‌های مجزا (Discrete) می‌توانند NF کمتر از ۱ dB داشته باشند.

Gain (G)

بهره LNA باید به اندازه کافی بالا باشد تا تاثیر نویز مراحل بعدی را کاهش دهد، اما نه آنقدر بالا که مرحله بعدی (معمولاً میکسر) با سیگنال اشباع شود. بهره معمول LNA در BTS بین ۱۵ تا ۲۵ دسیبل است.

IIP3 (Input Third Order Intercept Point)

IIP3 معیاری برای خطی بودن LNA است. اگر سیگنال‌های قوی (مثل سیگنال یک اپراتور دیگر در فرکانس مجاور) وارد LNA شوند، محصولات تداخلی مرتبه سوم در باند مورد نظر ظاهر می‌شوند. IIP3 بالاتر به LNA مقاوم‌تر در برابر سیگنال‌های مزاحم اشاره دارد.

معادله NF مربوط به آنتن و LNA

در عمل، بین آنتن و LNA اغلب یک فیلتر باندگذر (BPF) یا سوئیچ وجود دارد که اتلافی از ۱ تا ۳ دسیبل دارد. این اتلاف مستقیماً نویز فیگور را افزایش می‌دهد. به همین دلیل در بعضی طراحی‌ها LNA قبل از فیلتر قرار می‌گیرد اما این سیگنال‌های مزاحم خارج از باند را نیز تقویت می‌کند.

LNA در RRU (Remote Radio Unit)

در BTS‌های مدرن با معماری RRU، ماژول رادیویی در بالای دکل نزدیک به آنتن نصب می‌شود. این کار باعث می‌شود LNA نزدیک‌تر به آنتن باشد و اتلاف کابل قبل از LNA حذف شود. این بهبود در حساسیت گیرنده تاثیر قابل توجهی در پوشش Uplink دارد.

نتیجه‌گیری

LNA اگرچه یک تراشه کوچک است اما نقش محوری در تعیین حساسیت و عملکرد کل زنجیره گیرنده دارد. انتخاب LNA با NF پایین، گین مناسب و IIP3 بالا کلید دستیابی به حداکثر پوشش Uplink در شبکه‌های سلولی است.

ندارسانان پیشرو به عنوان اولین ارائه کننده خدمات POC در ایران با ارائه سکوی ارتباطی آواک با حذف تأخیر و ساده‌سازی ارتباط، از ایجاد خسارت‌های مالی و عملیاتی جلوگیری می‌کنند. برای ارتباط با کارشناسان و مشاوره با شماره 02192001218 تماس حاصل نمایید.