塔顶放大器（TMA）过去主要用来解决移动通信基站上、下行功率不平衡的问题。由于早期受射频技术和器件的限制，塔顶放大器并没有充分达到低噪声、高增益和高可靠性的要求，因而在实际应用中效果并不显著。随着移动通信的发展和人们生活的改善，移动终端用户群也发生了变化，从早期的城镇普及到现在的乡村。人们对网络服务质量的要求也越来越高，信号覆盖的问题日渐突出。因此，完善信号覆盖、加强网络优化是运营商面临的当务之急。

由于我国经济发展不平衡，因此广大农村及偏远地区的覆盖问题仍然比较严重，而且由于用户消费层次的限制，这部分用户基本上为GSM网络用户。解决覆盖问题，我们一般会采取增建基站和直放站的方式。但是增建基站投资大、建设周期长，话务量太少，得不偿失，不适合农村地区的幅员辽阔而话务需求不高的实情；加装直放站延伸信号覆盖，实现方便，但容易自激、增大干扰、降低网络质量，大量采用也不可取。因此，随着射频器件的进步，塔顶放大器技术再次受到人们的重视，并且在近期GSM网络工程中得到了充分的应用，成为广大农村地区解决覆盖问题比较有效的方法。

1 塔顶放大器原理

在移动通信系统中，由于移动台受辐射、电池、环保、体积等因素的限制，容易造成基站和移动台上、下行功率不平衡，往往易出现移动台能收到基站的信号，而基站收不到移动台的信号。因此，一个基站的覆盖范围取决于移动台到基站的上行有效距离。提高上行有效距离可以通过增强基站接收灵敏度来实现，但是基站接收系统存在有源器件和射频导体（如接收回路中的馈线、跳线和基站内的接收分路器、高频放大器等。）中的电子热运动引起的热噪声，这些热噪声的引入，降低了系统接收的信噪比（S/N），从而限制了基站接收灵敏度的提高，降低了通话质量。

信号传输中的多级放大器原理有利于改善系统热噪声带来的影响。典型的多级放大系统如图1所示。

图1 典型的多级放大系统

对于一个如图1所示的多级放大系统，它的系统噪声系数为：

NF=Fn1+(Fn2-1)/G1 + ( Fn3-1)/G1×G2 + ……

其中：Fn1、Fn2、Fn3是第一级到第三级的的噪声系数；G1、G2是第一级到第二级的增益。

从上述公式中可以看出，多级放大系统的噪声主要取决于第一级的噪声系数Fn1。

塔顶放大器的原理就是通过基站接收系统的前端，即紧靠接收天线下增加一个高增益、低噪声系数放大器来作为第一级放大器以降低上行链路的综合等效噪声系数，改善基站接收性能。在塔顶放大器性能指标一定的情况下，原来天馈系统的馈线损耗越大，塔顶放大器带来的上行链路改善就越大。农村地区的基站铁塔大多是室外落地塔，馈线较长，损耗更大，因此塔顶放大器带来的作用就越明显。

2 设计中应用塔顶放大器应注意的问题

（1）一般来说，塔顶放大器的噪声系数应不高于接收机本身的噪声系数和双工器插入损耗之和，否则对单载波基站而言，在馈线损耗较小的情况下，非但不能改善系统的噪声系数，反而使之恶化；而且系统中任何一个器件的引入，必将带来一定的插损，一般塔顶放大器只对上行链路进行放大，因此塔顶放大器在对上行链路放大的同时，下行链路损耗就会增加。

（2）任何一种放大器在放大有用信号的同时，对噪声和干扰也会进行放大，因此需要对各基站周围的噪声环境进行评估后再结合放大器的各种参数才能决定是否安装塔顶放大器，以防止提高的噪声和干扰信号超过承受门限造成放大器拥塞。

（3）此外，由于维持放大器工作需要直流供电，因此它给基站建设和维护带来了额外的负担，而且塔顶放大器是基站的附加设备，其运行故障将大大影响基站的工作性能，故塔顶放大器必须具有告警输出，以便通过BSC的告警处理系统对其进行监视，这样就相应地增加了塔顶放大器的的日常维护费用。所以具体设计中就应当综合考虑额外的投资和维护开销。

3 塔顶放大器在GSM网络设计中的应用

综合塔顶放大器应用的一些利弊，在近期的农村地区一些需要解决覆盖问题的基站设计中采用了塔顶放大器，正如前面讨论的一样，安装塔顶放大器后，基站接收系统一般能够显著提高增益，上行接收电平得到提高，也改善了一些弱信号地区的覆盖问题。某地区三个基站在塔顶放大器安装前后的OMC早忙时有关通话掉话率统计数据见表1。

表1 塔顶放大器安装前后OMC早忙时通话掉话表

基站的统计数据表明，安装塔顶放大器后，通话掉话率明显降低。这是由于塔顶放大器降低了基站接收系统的噪声系数，相应提高了基站信噪比，从而也就提高了通话质量。

由于塔顶放大器对上行链路电平和质量均有所改善，不仅可以提高业务信道的通话质量，还可以提高信令信道的传输质量，从而提高接入、寻呼、位置更新、越区切换等控制消息的成功率。换句话说，就是可以提高无线资源的有效利用率，容纳更大的话务量，从而提高经济效益。塔顶放大器安装前后的OMC早忙时话务量的统计数据见表2。

表2 塔顶放大器安装前后的OMC早忙时话务量增长表

尽管在中国联通GSM网络的建设过程中，小灵通已覆盖村级行政区域，对广大农村的中国联通GSM网络市场形成了很大的冲击，整个GSM网络话务量呈逐步下降的趋势，但是从表2可看出，这部分安装了塔顶放大器的基站话务量和呼叫次数都明显增加了，这说明在安装塔顶放大器后，基站的覆盖范围和通话质量都得到了改善。

此外，塔顶放大器还可以降低手机输出功率，减少上行信号的干扰。干扰是困扰移动通信的一大问题。加装塔顶放大器的基站，由于其上行接收电平得到了加强，因此所需的手机发射功率可以降低。这不仅为手机用户带来节省电池电量和减少辐射的好处，更重要的是它有效降低了上行链路的同频和邻频干扰，尤其在移动用户数高速增长、手机干扰越来越突出的今天，降低手机输出功率的意义就尤为突出。

4 小结

在通信技术日新月异的今天，我国的移动通信网络已经得到了充分的发展，对移动通信运营商而言，如何低成本地解决网络覆盖和质量问题是至关重要的，这也是网络后期建设和优化所亟需解决的问题。塔顶放大器作为解决覆盖和提高网络质量经济而又行之有效的方法，在GSM网络建设的实践中得到了广泛应用，取得了明显的效果。但是在具体的应用中，还是应综合考虑基站上行链路是否受限、基站周围的噪声环境、额外的投资和维护开销及当地容量的预期增长等因素，全面衡量其应用价值