卫星通信导论

前言：想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗？我们特意为您整理了5篇卫星通信导论范文，相信会为您的写作带来帮助，发现更多的写作思路和灵感。

卫星通信导论范文第1篇

Test and Application of Satellite Bandwidth Compression Technology in Emergency Communication

KANG Chen1， CHEN Yue1， LU Hong-tao2

（1. China Telecommunications Corporation， Beijing 100032， China；

2. Guangzhou Research Institute of China Telecom Co.， Ltd.， Guangzhou 510630， China）

In order to effectively improve the efficiency of satellite bandwidth and transmit the CDMA signal with 2MHz bandwidth on the satellite transponder with 1MHz bandwidth， China Telecom carried out the on-site verification tests in several cities. Three technologies were tested respectively on the existing equipment including time slot drop and insert， carrier superposition and higher order modulation used for CDMA emergency communication vehicles. The test projects include subjective voice quality and call time delay of CDMA voice services and the actual throughput rate of CDMA data services. The results show that three technologies can satisfy the expected requirements of compression rate. Therefore， China Telecom can use satellite bandwidth compression on CDMA emergency communication vehicles to meet the demands of the current networks.

emergency communication satellite bandwidth compression time slot drop and insert carrier superposition higher order modulation

1 应急通信卫星带宽不足的现状

随着中国电信应急通信发展迅速，大量应急通信装备入列。其中，卫星通信装备因为其灵活机动、不受时间和空间限制的特点，在应急通信装备中占比较大。

2009年以来，CDMA应急通信车的出动次数和吸收的话务量持续上升，已经占到应急通信任务量的一半以上。CDMA应急通信车大量使用卫星链路手段进行应急通信传输，但是卫星应用成本较高，严重制约实际需求的释放。中国电信在保障应急通信需求的同时，必须从企业运营成本出发，通过多种技术手段，在有限的带宽下满足应急场景的通信需求。

2 卫星带宽压缩技术

应急卫星能力提升有多种成熟的技术方案，包括：时隙插入取出、高阶调制和载波叠加技术。

（1）时隙插入取出技术根据基站能够开通所需的最少传输资源，灵活地配置1―31个时隙的E1电路，使用的传输资源小，达到节约卫星带宽、降低传输电路运行成本的目的。

（2）卫星通信中常用的调制方式包括BPSK（Binary Phase Shift Keying，二相相移键控）、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，四相相移键控）、8PSK（8 Phase Shift Keying，八相相移键控）、16QAM（16 Quadrature Amplitude Modulation，十六进制正交幅度调制）。通过采用不同的调制阶数的调制方式，结合效率更高的前向纠错编码和采用合理的载波间隔，达到提高卫星转发器带宽利用率的效果。

（3）载波叠加技术采用一种名为“适应性减扰”的技术，是AST公司的专利技术。该技术可以使双向卫星链路在转发器带宽的同一频段内同时发射业务载波，理论上使占用带宽减少50%。

3 现场测试

3.1 中国电信CDMA应急通信车组网

中国电信目前装备的CDMA应急通信车配备的CDMA装备与大网使用的装备相同，包括华为、中兴和阿朗三个厂家设备。其中，小型车辆均采用小型越野车，车内只安装BTS（Base Transceiver Station，基站）设备，而不再安装BSC（Base Station Controller，基站控制器）设备，因此在组网时，车内的BTS通过SCPC（Single Channel Per Carrier，单路单载波）方式经过卫星接入上海主控站，通过地面传输接入各省指定的相应型号的BSC。网络示意图如图1所示。

应急通信车所载BTS通过卫星电路回传到上海主控站，再通过地面电路调度送回本省，CDMA应急通信车中均配备有卫星调制解调器。其中，小型CDMA应急通信车均配备CDM-600开放卫星调制解调器，而大型CDMA应急通信车均配备CDM-625开放卫星调制解调器。

3.2 时隙插入取出技术测试

测试使用小型CDMA应急通信车，车辆选择停放在西安，通过卫星传输与中国电信上海卫星地面站开通一个16时隙（1 024kbps）卫星电路；上海卫星地面站通过地面电路开通到西安BSC一个E1电路（32个时隙）。小型CDMA应急通信车天线口径为1.35m，功率放大器为40W；上海卫星地面站天线口径为2.4m，功率放大器为125W。测试项目包括卫星占用带宽、呼叫建立时延、CDMA2000 1X前向数据吞吐量、CDMA2000 1X反向数据吞吐量、语音质量、EV-DO前向数据吞吐量、EV-DO反向数据吞吐量，分别采用QPSK、8PSK两种调制方式和常用前向纠错码率进行测试。载波间隔系数采用1.35、配置为16时隙进行有效承载测试。

（1）测试结果汇总

小型CDMA应急通信车卫星设备发射功率以上海卫星地面站载波参考调节。功率软件测得发射功率为31.1dBm，接收Eb/No为11.7dBm，收信电平为-49dBm，误码率为1×10-9。西安测试结果汇总如表1所示。

（2）测试结论

通过测试，小型CDMA应急通信车利用仅有的16时隙可以正常开通基站，同时还能支持语音、数据等多种业务，业务质量可以满足应急通信要求。

3.3 高阶调制技术测试

目前CDMA应急通信车多采用QPSK 3/4的调制与编码方式，测试主要针对采用不同的高阶调制与编码方式（包括8PSK 7/8，16QAM 3/4，16QAM 7/8）时，测试卫星链路指标的变化以及对CDMA应急通信车工作的影响。

测试并验证在各种高阶调制与编码方式下，CDMA应急通信车开通一路载频在卫星的理论与实际占用带宽，确定出能压缩50%带宽的高阶调制与编码方式。

参考卫星通信公司对中国电信载频星上标定功率的要求（Co+No）/No≤17dB，测试在不同高阶调制与编码方式下，端站及地面卫星主站载频发射（Co+No）/No达到17dB时，地面卫星主站和端站的功率放大器上行功率实际余量。

根据端站目前的设备能力，在满足CDMA应急通信车正常应用的前提下，结合带宽压缩50%、功放余量等综合考虑，找出最优的高阶调制与编码组合方式。

测试在地面卫星主站利用Ku 2.4m和Ku 6m天线的情况下，对远端站卫星链路收发指标的影响。

经过测试，得到以下结论：

（1）采用8PSK 7/8（滚降系数为0.25）、16QAM 3/4（滚降系数为0.35）、16QAM 7/8（滚降系数为0.35）高阶调制与编码方式，均可以有效地将中国电信CDMA应急通信车在开通一条双向卫星电路时的星上占用带宽压缩到2MHz以内，满足带宽压缩一半的要求。

（2）中国电信CDMA小型应急通信车目前配备的40W BUC（Block Up-Converter，上变频功率放大器）能够满足在各种高阶调制与编码方式下的基站正常应用，且小车功放在满足功带平衡时的余量在7dB以上。

3.4 载波叠加技术测试

2012年8月在四川眉山使用中国电信大型CDMA应急通信车，通过卫星传输与上海卫星地面站开通2MHz电路。应急通信车卫星天线口径为1.8m，功率放大器为70W；上海卫星地面站卫星天线口径为6.2m，功率放大器为200W。使用亚太6号，卫星调制解调器型号为CDM-625。在相同环境条件下，分别测试使用和不使用载波叠加技术的卫星传输链路指标、基站控制器、基站指标，并分析载波叠加技术应用于CDMA大型应急通信车卫星传输模式的可用性和稳定性。

测试结果表明，卫星传输链路使用载波叠加后，能够提供1X语音、数据业务和EV-DO数据业务，使用载波叠加方式测试时间为3小时，基站开通正常，指标稳定。对比卫星传输链路不使用载波叠加，影响最大的是为保持功带平衡，将使载波发射功率降低3dB，导致系统余量下降，但从CDMA大型应急通信车系统配置分析，完全能够满足正常应急业务和支撑保障需求，对基站性能指标基本没有影响。总体来看，使用载波叠加技术完全能够满足CDMA大型应急通信车的应急业务和支撑业务需求。

4 三种技术对比

卫星带宽压缩技术推广实施时，需要综合考虑两方面的因素：一是对现有网络的影响，包括对现有CDMA网络的影响和对卫星调制解调器的影响；二是实施推广的难度。

三种技术中，时隙插入取出技术需要更改CDMA网络中的基站和基站控制器的配置数据，主要包括数据帧的有用时隙数量。目前中国电信CDMA网络设备生产商中，华为和中兴设备支持时隙插入取出技术，阿朗设备则不支持。从测试情况看，高阶调制、载波叠加技术均无需更改CDMA网络的基站和基站控制器的配置数据，属于无损压缩技术。

根据上述情况，三种技术对现网的影响如表2所示：

表2 不同技术对现网的影响

技术 支持的CDMA网络设备生产商 是否会造成基站掉站 需要更改数据的网元 压缩

效果 对现网的影响

时隙插入取出 华为、中兴 否 BTS和BSC 有损压缩 较大

高阶调制 华为、中兴和阿朗 否 无 无损压缩 无

载波叠加 华为、中兴和阿朗 否 无 无损压缩 无

三种技术中，时隙插入取出技术需要对CDMA网络数据配置进行修改，技术难度较大；高阶调制技术和载波叠加技术只需要对卫星调制解调器进行操作，与其它技术数据配置相比，改动较少、技术难度低。时隙插入取出技术对操作人员的要求比较高，实施推广有一定的技术难度，需要一定的时间；而高阶调制技术和载波叠加技术操作难度相对较低。

5 现网推广应用

卫星效率提升技术实施推广中，可根据地域不同、CDMA网络用户分布及业务开展情况进行分别讨论。不同的场景下，可根据目前的设备现状、业务特点和场景特点进行推广。

例如，2013年四川雅安地区发生7级地震，中国电信上海卫星地面站在中国电信集团公司的指挥下，充分利用卫星带宽压缩新技术为灾区提供通信保障，尽可能地多开一些卫星救灾通道，利用28MHz卫星带宽提供了10条卫星远程中继，共为灾区现场提供紧急通信保障50次，共计23 200分钟。地震当天的13时35分，中国电信集团公司四川分公司完成CDMA应急通信车现场定位，中国电信上海地面卫星接入主站顺利开通到地震灾区的首条卫星中继，协助灾区现场开通了中国电信的CDMA基站。21日中午，配合空降的卫星基站在通信孤岛宝兴县开通一个应急基站，实现了抢险救灾现场的CDMA网络信号覆盖。

中国电信集团卫星带宽压缩技术从2013年4月开始试运行测试并随后正式使用至今，全国共有31省使用时隙插入取出、高阶调制和载波叠加这三种卫星带宽压缩技术，使用CDMA应急基站卫星入网，在原有带宽的基础上提升了一倍的带宽利用率。

6 总结

经过现场试验和现网推广应用，卫星带宽压缩技术可以有效地节省卫星应用成本，在应急通信保障中，能够提高卫星带宽使用效率，为中国电信树立企业品牌形象、完成社会责任奠定坚实基础。

参考文献：

[1] 井庆丰. 微波与卫星通信技术[M]. 北京： 国防工业出版社， 2011.

[2] 汪春霆，张俊祥，潘申富，等. 卫星通信系统[M]. 北京： 国防工业出版社， 2012.

[3] 孙玉. 应急通信技术总体框架讨论[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2009.

卫星通信导论范文第2篇

卫星电视

我们今天谈的广播电视卫星(简称广电卫星)，就是人造卫星中的同步卫星(又称静止卫星)。在卫星通信等电信业务中的一种主要用途，是用来传送声音和图象的广播电视卫星。它位于赤道上空35786Km，绕地球同步运转，地面观察者看卫星是相对静止，俗称同步卫星运行的轨道为同步轨道或静止轨道。静止卫星其实就是一个高空定点微波差转台，可实现点到点、点到面的卫星通信。早期的通信卫星转发器功率较小，地面站接收天线需几十米大的天线。进入广播卫星时代，地面站接收天线达到实用阶段。现代的直播卫星地面站接收0.5米天线是标准配置。就Intelsat卫星而言现在也发展到第九代了，现代卫星集通信卫星、广播卫星、直播卫星为一体，全面担负卫星通信的工作。由地面无线传输、有线传输和卫星传输三大主流传输电视信号，组成完善的电视信号服务系统。而卫星电视广播具有覆盖面广、传输距离远、信息量大、信号质量高、不受地理条件限制等优点，近几年发展迅速。特别是直播卫星数字电视(DTH)用户使用很小的天线，安装维护简单，可靠性高是卫星电视发展的方向、个体接收用户的首选。今后Q波段(40.5-42.5GHz)以上V(84-86GHz)卫星广播频段的开通应用，卫星天线还会小许多，名副其实碟形将会出现。

少年时代的我就痴迷于无线电。70年代始我国的第一颗人造卫星上天，就购过第一本卫星书籍，《同步卫星》的科普读物。也曾记得中美建交美国总统访华，实况转播自带上星设备，微波传送到广洲上星，后听说这套设备还赠送了我国，而当时的我才第一次见到黑白电视的模样。此后一直关注我国的卫星发展，84年“东方红二号”同步卫星上天，标志作我国的广播电视卫星的开始，85年租用国际通信卫星开始向全国转播CCTV-1模拟电视节目，当时县级收转需6米天线，以后“东二甲”上天，亚洲一号的播出，购买漂来的卫星(中星5号)，教育、中央、省市台的模拟电视节目上天了，90年代中期中央、省市台开始了卫星数字电视广播。至今已实现中央、省市卫星电视全面数字化，模拟电视已在历史长河中消失，上百套数字电视在自已的几颗广播卫星上播出。中星九号的卫星发射.使我国进入了直播卫星数字电视时代。

而我国个体电视接收(TVRO)源于80年代初714荧光屏的L波段，也算我国卫视发烧的起源。90年代初亚洲一号升空，掀起了卫星电视实用收视热潮，有着电子爱好又一直从事这方面工作的我，自然是会赶时髦、凑热闹、随大潮紧跟形势走。随着90年代中期亚洲上空数字电视的不断增多，从C波段向Ku波段迅速发展，Ku波段无疑是直播卫星的最佳选择。一大批卫星电视发烧友不论城镇乡村，为探索卫星接收技术，确实是悄然存在。面对卫星电视的普及发展，卫星电视接收技术也不再是广电部门、卫星电视发烧友掌握的专利，而要向电子爱好者、卫星电视用户普及这方面的科学知识。科学技术的发展既便你是卫视领域的专家教授，也得要不断地学习新的技术，况且卫星广播电视是门年轻学科。前些年，卫星电视接收技术的专业书籍相当贫乏，只有报刊杂志卫视器材商的另碎介绍，加之卫视器材制造商的技术封锁和高得出奇的价格，使普通人诸如一般电子爱好者很难有机会探索卫星电视接收的奥秘。现在的情况与昔日完全不同，互联网上可查到卫星电视的最新信息，专业书刊不再难求，普通卫星接收器材也非当初，昔日你喜爱电子技术、有点电工基础，或从事家电行业，学点卫星电视接收的专业知识，会很快掌握卫星电视接收技术，达到一个较高的接收水平。

本人近年来所化心血一直在卫星电视接收技术上，拥有SVEC2.4米网状极轴卫星天线，一网打尽了从东(174°E)到西(36E°)四十多颗卫星上的C、Ku节目，由于四川中部处于亚洲卫星多波束交汇处，独特的地理环境，创造了亚洲2.4米天线收视卫星之最；在本地(全文下同:东径104°、北纬29.5°)首次收下了日星的东北亚波束，为内地收视这些卫星和波束提供了一手资料。在馈源技术方面，涉及圆极化、正馈天线Ku收视技术及极轴天线一网打尽(C/Ku)接收技术方面化过不少心血，有自创实用的收视理论及实践和方法，后面将逐一详解。希望共同提高卫星电视接收水平就是我的创作本意。

广播卫星波束与场强

同步广播卫星由星体、转发器及其天线、太阳能电源糸统、姿态控制与轨道控制糸统、遥测与遥控糸统等组成。本文只简介核心部分转发器及其发射天线的基本工作原理。转发器接收地面发来的电视信号(上行信号)，将其变频并放大到足够的功率，大功率的功率放大管由行波管担任。大功率广播卫星一般C波段行波管放大器功率超过55W、Ku波段功率更高达150W以上。现代大功率卫星有数十个转发器，通过技术处理用多工器将各频道的下行信号遥测合并，再经环行器送到发射天线(卫星发射天线属通信类定向天线)向地面覆盖区转发卫星电视信号(下行信号)，为提高地面卫星信号强度，有效利用下行信号资源，发射天线的方向图应根据地面服务区的形状来确定。卫星发射天线按其覆盖区的大小，可分为全球波束天线、区域波束天线、点波束天线、赋形波束天线，卫星波束示意图见图1 。卫星发射天线其形状属定向发射天线，其张角的大小决定波束面积的大小，对广播卫星而言，全球波束的半功率宽度约17.4°、点波束的半功率宽度只有几度或更小、而赋形波束天线，覆盖区轮廓不规则，视服区的边界而定。为使波束成形，通过修改反射器或用多个馈源从不同方向经反射器产生多波束的组合来实现。在大容量广播卫星中往往用多副天线产生多个波束，还备用了可移动波束及波束扩展技术。卫星信号传送的极化方式有两种标准:线极化和圆极化，利用垂直极化(V)与水平极化(H)、左旋圆极化(L)和右旋圆极化(R)相互隔离之特性传送不同的电视节目。这两种极化有各自的优缺点。圆极化雨、雪衰减小，穿透电离层能力强，不受地球两极磁场产生的法拉第效应，安装调试简单(不用调整极化)；制造性能较好的线极化LNB比圆极化容易的多，其效率较高，线极化10GHz以上频段法拉第效应甚微，在中纬度地区广泛应用，缺点需调整极化。这也就不难理解，新型俄星C波段用圆极化，Ku波段用线极化的原因。而我国中星九号直播卫星采用的是圆极化，一是国际规定受保护的波束、频段、极化方式避免可能引起的干扰，二还有降低雨、雪及电离层的衰减。

广播卫星通过转发器-发射天线，将电视信号发送到达地面的微波电磁波信号的强度，技术用语称等效全向辐射功率，简称场强(EIRP)，其功率大小值由dBw表示。由于卫星发射天线定向地面发射，功率分布并不均匀、再加“自由空间路经损失”，因此卫星覆盖区域中心位置的功率，要大于其边缘位置的功率。我们将这些相同与不同糸例EIRP等值线重叠在地图上，得到一个完整的波束覆盖图，简称场强图。常见的场强见图2、图3、图4。卫星电视场强图的作用，是为接收者提供收视参考。通常我们看到的卫星场强图都是理想值，即单一转发器的最大功率。有些卫星场强图提供的数据，实际收视与计算值误差较大，这与上行、下行信号的功率有关，而影响功率的因素多多。如卫星器件的老化，空间损失等。由于C频段(3.4～4.2GHz)与地面微波(中继信号)共用这一频段，为防止相互干扰，早期限制C频段广播卫星地面场强在36dBw左右，也限制了小型接收天线(1米以下)收视C频段的可能，近年这些限制有所放宽，C频段场强值大于40dBw卫星也常见，为小型天线收视C频段提供了方便。而Ku频段地面场强就不受此限制，现代直播卫星的Ku场强高达55dbw以上，直播场强覆盖区用0.35米天线就可满意接收。

我们要了解卫星场强图，看懂卫星场强图，要根据场强图选择合适的接收器材，收视相应的卫星节目，是广大读者所期待的。以后将遂一介绍。要获取卫星频道场强图，最方便的是上网查询。国内有几个专做卫星参数的网站，不太全面。我喜欢上省略/查询卫星参数，方便准确，在卫星参数栏后Beam栏附有该参数的波束场强图，点击C、Ku、NE Asia、India字样打开链接，调出该波束的场强图，看地图上波束是否覆盖本地，覆盖本地波束场强值是多少，以作收视参考。另一途径是直接访问卫星公司获取场强图，顺便还可查一下该卫星的全部资料。

我国上空的广播卫星信号资源

在赤道上空的同步轨道上，有几百颗同步卫星在轨工作，其中有导航、军事、科研、广播等多种用途同步卫星，而在这几百颗卫星中，广播电视卫星占有相当数量，这些广播卫星用不同的波束为全球不同的地区和国家服务。以前为防止卫星的相互干扰，相邻卫星之间间距须相隔3度以上，科学的发展为充分利用有限的同步轨道资源创造了条件，现代卫星间距相隔小于3度甚至0.5度也不足为奇，一点多星技术也在广泛应用。

我国地大物博，幅员辽阔，东西横跨(135°－73°E)62个经度，南北纵横(3°－58°N)55个纬度，周边与近廿十个国家相邻，是亚洲版图最大的国家。如果在我国东西点外做极限仰角收视，将会收到超过200个经度的广播卫星信号，有近百颗广播卫星波束资源可利用。在我们漫游广播卫星资源网站时，会发现以下波束覆盖、或邻近波束部分覆盖我国的疆土，有丰富的广播卫星信号资源可利用，为卫视发烧友收视这些卫星信号创造了极好的条件，也为在华工作的外藉人员收视本国卫星信号提供了方便。

为了便于查阅我国上空的卫星资源，用表格整理列出，备有国内收视场强参考，具体收视点场强网上查询，收视点天线大小可参阅省略/网站场强图中附表值，实际场强以收视天线为准。

从表中资料及实际收视看，在东径105度、北纬30度，是部分卫星东、南、西、北波束的交汇处，在这一区域内是亚洲寻星最好的地方。

卫星电视接收天线

卫星电视接收器材的主要部件是卫星接收天线、高频调谐器、接收机所组成。它们有各自的功能和任务，通过馈线连接调试，完成卫星广播信号的接收。

对于专业工作者或卫星电视发烧友，须对卫星电视接收器材的原理、性能、作用有全面的了解，才能很好接收广播卫星信号。下面分章介绍这三个主要设备的情况。

卫星接收天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，尽可能去除杂波。卫星天线从外型上看一般两类，抛物面天线和平板天线。抛物面天线从材料上看，分金属和玻璃钢制品，金属材料又分铝质和铁质（编者注：一般用天线很采用铁质，业余和烧友常采用这低质价廉的天线），铁质的强度好，铝质和玻璃钢不易锈蚀。从机械结构上有一次成型整体型和分瓣拼装型，整体型的天线精度高，大尺寸的天线运输不方便。天线面又分板状和网状形，网状天线的抗风性好，铝质网面轻在极轴天线上应用可有效解轻推杆负荷。在网上还见到有头盔天线和发烧友制作的号筒天线。卫星电视信号的极化有两种极化(圆极化和线极化)方式，其天线是一样的（编者注：实质上不是一样的）。

具体的卫星天线又分以下类型：

①正馈天线，C波段应用最多。

②后馈式天线，商用天线，在4.5米以上大天线上应用。

③偏馈天线，设计用于Ku波段接收，常见的是1.2米以下整体型天线，改造馈源后可用于C波段接收。

④平板天线，分有源和无源两种。有源平板天线采用的是微电路技术，国内合资厂商也在生产，去年底在媒体上有多篇文章介绍过，终因价格偏高、极化单一、增益有限难以推广。而无源平板天线是在透明表面中覆盖了很多由金属构成的同心圆，形成电子透镜用于聚焦信号，在国外网站见过叫透视天线。不过平板天线用于直播卫星的接收是最理想的选择。（编者注：这种天线由于外观形似平面板块，烧友们错误的称其为平板天线。它实际上是多螺旋天线，用于同极化电波接收的一种专用天线，它也不是透视天线，透视天线是一种介质天线，其原理和多螺旋天线完全不同）。

⑤多焦点天线，是由球面和抛物面组合而成，同时接收多颗卫星的信号。而发烧友用单焦点天线实行多颗卫星的接收，最头痛的问题是大偏角偏焦衰减难以克服。多焦点天线就不存在这一问题，但天线面积较大。（编者注：多焦天线是由多个抛物面天线组合而成，在设计上保证了每个焦点的接收，而发烧友的单焦点天线的接收，由于使用了低价劣质天线，由于它的方向性系数极差，再加上卫星信号很强，因此才阴差阳错的获得成功）

⑥电动马达驱动天线。分极轴链条式天线、单推杆极轴天线和仰角方位式驱动天线，电动天线寻星、换星最方便。

网上的头盔天线，应属全向聚焦天线类，与军事上球型无源远程监控雷达类同。而我们使用最多还是技术成熟，相对价格便宜的抛物面天线，C波段收视以正馈天线为主，Ku波段接收以偏馈天线为主。根据具体使用情况合理选择卫星天线是卫星接收技术人员最基本的技能，如固定接收某颗卫星，首先了解卫星的频段、场强，卫星接收者的使用环境和条件，是一般或广播级收视、自然环境中的雨雪风等，及工程造价合理选择相应尺寸的C、Ku天线。如果你是TVRO首推网状极轴天线是最佳选择。

卫星接收天线的性能，体现在天线性能的参数上，这些参数包括增益、效率、主波瓣宽度及旁瓣（编者注：应为方向性系数）、噪声温度及天线深度。

在说天线参数之前，有必要先弄明白一个物理量分贝(db)。分贝是国家选定的非国际单位制单位。它是我国法定计量单位中的级差单位。分贝是表示电气、机械和声学等信号在传输过程中的功率增加(增益)与减小(损耗)的计量单位。不少工程技术人员都熟知它，但很多人都对它感到生疏和奥秘，为此，有必要重温这一术语，弄请它的涵义。在电磁学中其定义为：两个同类功率量或可与功率类比的量之比值的常用对数乘以10等于1时的级差。其放大量级表达式为:Nd=10(P/Po)，由于其数值较大，不便记忆。换用分贝表达式为:Nd=10Nb=10Lg(P/Po)。 （编者注：电平的基本单位为贝尔Bel著名的科学家名字命名，常用它的十分之一分贝1／10dB表征电文信号的大小，dB不能书写为db，因为dB是个特定单位）

例如，若传输分别增加1、10、20、30dB时，表示被测功率比基准功率分别增大1.259、10、100、1000倍，若传输减小当然就是负值。而我们在卫视收视中常用到的分贝(db)有以下:卫星场强(dbw)、天线增益及天线噪声、高频头中的增益和噪声系数、数字接收的载噪比(C/N)等。这些分贝有各自的含义，敬请注意!

1.天线增益

天线增益指卫星信号经天线聚焦后增大的倍数，信号越弱，要求的增益就越大。

①天线增益与天线直径有关。直径越大接收面积越大，接收的卫星信号多增益就大，与天线的半径的平方成正比。

②天线的增益与信号频率有关。信号频率越高，增益就越大。与天线增益的信号频率的平方成正比。

③天线增益与天线的精度有关。精度越高，增益就越大。精度不良聚焦差，高频率信号要求更高。因此Ku波段天线精度要求比C波段天线更高。

2.天线效率

天线效率指有百分之多少的信号真正地被天线馈源所收集。理想值是100％，实际上不可能，正馈天线LNB与馈源阻挡，制造上天线的反射面不可能绝对精确，而根据理论值计算天线效率最高可达83％。通常把天线效率的高底分为三个等级，优质70％以上、良好60％、合格50％。顶级的精品Ku偏馈天线最高达80％。而一个等级之差约0.6db，合格天线到顶级差三个等级近2db。相当于一个顶级的0.75米与合格的0.9米Ku天线增益成等值。可见选择优质天线的重要性。当然天线精度好，效率也自然高。

为了便于查找及资料收藏，我把常用天线增益及天线场强门限值二表合一，见表2。在表中可方便查阅天线口径的增益与场强的对应关系，对卫星收视很有参考价值。详文可查阅本人之作《门限接收载噪比C/N及其应用》(注1)

注:表中的天线效率为70％；C、Ku均为数字信号门限值C/N=6dbw、模拟信号门限值加2dbw即可。收视一般、良好、优质、收转，C波段在门限值上依次递增1.5；Ku依次递增2db即可。

3.天线主波瓣宽度及旁瓣

在有的书上称天线的方向性，天线方向图如图6所示，天线接收的信号主要来自于主波瓣，主波瓣中心最大功率为0db，波瓣宽度定义为功率下降一半即3db时主波瓣的宽度（编者注：主波瓣宽表征，所以主瓣宽度又用丰功率大角表述，此角度越小，表示天线的方向性越强，指向性越尖锐，抗干扰能力越好，低价劣质天线半功率角很大，会大达二三十度，抗干扰能力差，因此，可以实现一局多星的接收）。天线主波瓣的宽度与天线口径、精度、频率有关，天线口径越大，频率越高，波瓣宽度会变窄。同口径的天线精度越高，波瓣越窄。现在的广播卫星相隔经度很近，相互干扰严重，选择精度高的大天线可大幅度降低邻星干扰。同样星载发射天线也有它的方向性与接收天线类同。

4.天线噪声温度、深度

（编者注：应称天线焦比）

卫星天线接收卫星信号的同时，天线也会接收自然界或人为产生的杂波，这些杂波主要来被旁瓣接收。天线的噪声温度与天线仰角、波瓣宽度、天线深度、频率有关。天线仰角低(小于15度)、波瓣宽(小天线)、浅碟天线、低频段(C波段)等状况下天线噪声会增加，通常情况下天线噪声很小，计算时都被忽略。但现在有一个不可忽视的问题，通信发达，地面微波增多，轻则影响天线效率，重则如雷达干扰，数字图象中断。而准确的卫星场强值是排除干扰了噪声信号的。

天线深度（编者注：通常称为天线焦距或焦比）通常分浅碟和深碟，天线的深度用来反映天线的馈源位置，术语叫焦径比值(f/D)，通常这个值在0.25～0.45d间。当f=0.25d时，称为中焦天线，焦点正好在天线口面上。大于0.37d这个值一般叫长焦天线。天线设计综合考虑效率和抗干扰性，理论计算当抛物面天线取值0.38时天线性能最好，普通天线多取这个值。如1.5米天线焦距f=1.5X0.38=0.57(米)。另外还有一个根据碟深计算计算焦距的公式，天线反射面的半径平方与4倍天线深度之比值即正焦天线的焦距。

我虽是一个普通的卫视发烧友，有机会多次到过视频天线生产厂家，看过卫星天线的生产作业流程。分瓣天线和偏馈天线，1.8米以下选用0.8mm宝钢板材，经上百吨的液压机一次冲压成型。整体正焦天线采用旋压成型，精度相当高。再下来是模具定位开孔、酸洗除锈清洗、三次烘干、中途两次喷塑，质检包装入库。而网状天线龙骨用的是异形铝质方管材，按规格下裁，在模具上人工定位焊接，其精度取决于异形管材的弧度、人工焊接的准确定位上，如焊接成型后，在特定的模具上轻压二次整形，相信网状天线的精度还有所提高。

了解场强、天线增益后，读者关心的是它们间的收视关系。场强值表示卫星信号到达地面的最大功率，而卫星天线的增益表示该天线的聚焦功率。表1中门限值(C/N=6db)是根据链路公式计算出来的理论值(即极限收视值)，而实际收视天线的增益还要大3～8db才行。不难发现天线增益值和场强值有紧密的关系，要达到一定的载噪比(C/N)，场强值大，天线增益值就可小些，反之弱场强就要用大天线。它们的和值(场强值+增益值)有一个恒定的系数。如门限值时:C≈67(db)、Ku≈80(db)，就是最低门坎系数。此系数方便记忆，对估测场强或天线增益极有帮助。有人异想天开想用LNB对准卫星直接收视，是否可行?当卫星场强值大于以上和值时，这个梦想就可能实现。

为了证实天线接收门限值场强的正确性，特购了0.35米偏馈天线，0.9米正馈天线作极限收视实验。查表推算0.35米天线门限值约49dbw，也就是说它可以收下本地卫星场强49dbw以上个别最强信号，试收达到比较满意的效果(注2)，收下了本地Ku场强47～53dbw8颗卫星的个别强信号。如108.2E的原银河直播，查阅本地Ku场强约52dbw，见图2。收下三个频点讯噪比在8.3～10.6db间，过FEC=3/4有3～5db的余量。现在的接收机门限在5db右右，0.35米收视门限值场强还可下调1dbw(48dbw)，而数字接收机讯杂比分贝值与场强、天线分贝值近似(在数字卫星接收机章节再专题讨论讯杂比)，因而可大胆预测，该卫星中国波束本地场强在52～53dbw间，与网上查阅场强值相符。

现代卫星有数十个转发器，其转发器信号强弱差别较大。就亚S3C波段信号而言，本地最好信号0.55米能找到影子，照单全收一般天线、普通配置过门限需1.4米天线，可见卫星的频点信号强弱之差达7～8db之多。（编者注：严格的讲，卫星上的转发器本身的功率基本上是一致的，但由于转发器处在各个不同的波束，其辐射到地面的位置不同，因此在同一地点就会感觉到接收同一卫星的转发器信号强弱差异会很大）根据卫星信号场强合理选择天线有多个版本，表2是理论计算值；图8、图9是省略提供的C/Ku波段收视参考值；图10是国内发烧友整理的实际收视参考值。而真正达广播级载噪比取值很高，C波段大于15，Ku波段高达20。

在卫视报刊和网上谈论天线使用的文章话题不少，也存在不少误区。归纳如下:

①如发烧友用0.75米小天线一头双星收相隔3径度内Ku波段的卫星容易做到，但某些频点在门限附近，心想如能换大一点天线，增益有所提高此问题能解决，其不然大天线增益提高了，而天线波瓣却变窄了，还不如原来的小天线一头双星的效果好而百思不解。如用2.4米精度良好的天线一头双星，只能收到Ku波段相隔1经度内的卫星，这就是天线波瓣决定的。同轨双星或多星，其实它们相隔0.1～0.2径度，我用2.4米极轴天线收视泰星2、3号Ku波段时，两星的最佳信号极轴天控器要左右点动一下，能分辩出两星在轨东、西位置。

②Ku偏馈天线精度好，是不争的事实，用0.75米Ku偏馈天线能当1.5米正馈天线使用却过于夸大。其实精度很好的正馈天线也不比偏馈天线差多少。我用过SVEC1.2米和0.9米整体正馈天线，精度相当不错。用阳光法模拟测试聚焦光斑圆点分别是Φ35、30mm，与0.75米偏馈天线焦点光班(Φ30mm)相当(注:偏馈天线焦点光斑不是圆点象蝴蝶型，左右斑点较亮)，而普通1.5米正馈天线，焦点光斑大于Φ100mm。用1.2米正馈收视C波段，相当于普通1.4米正馈天线，收视Ku波段，比0.9米偏馈高出讯噪比2db多。用以上0.9米正馈、偏馈天线对比测试C、Ku波段效率，其实正馈天线就比偏馈天线少0.3～0.5db(讯噪比)，就0.9米偏馈天线，短、长轴分别为0.9、0.99米，拆合为圆形直径约0.94米，比正馈天线多0.04米，而正馈天线LNB和馈源遮挡，天线的有效面积还要少些，两者直径之差约0.06米，同径的偏馈高于正馈0.5db左右并不是它的精度高而是天线面积稍大所致。关于天线配合馈源收视技术问题，后面将在馈源技术章节专题讨论。

③网上有不少转卖日本二手天线者，吹嘘0.45米(Ku)日产天线可达国产0.75米效果，懂点天线增益的烧友都知道，0.45米天线就算精品，其增益就34db，国产0.75米天线再差就算合格品也能达36db，远比它强。而实际用日产0.45米天线，与国产0.5米天线差不多，也间接证实日产精品天线效率接近80％。（编者注：通信专用天线可接近比值，广播天线恐难大到）

注1:刊于《卫视传媒》2003.01期

注2:网文卫视向导论坛《0.35收视四川场强分析》

参考资料: 《寻星2000》

《卫星数字广播电视技术》

卫星通信导论范文第3篇

关键词：Viterbi译码器； GPS /GALILEO接收机； 卷积码; FPGA

中图分类号：TN76434文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)06010704

Implementation of highperformance FPGA based Viterbi decoder in receiver for satellite navigation

WANG Qianxi, LI Qiufeng, YANG Xiaokun, ZHAI Yujia, HU Qiang

(General Department, China Aerospace Science & Industry Academy of Information Technology, Beijing 100070, China)

Abstract： The existing convolutinal code decoderViterbi decoder in satellite position receiverbe is confronted with the problems of multiresource occupation and long time processing. A method of using parallel plus selection butterfly unit is adopted to reduce the ocupation of processer resource and increase the processing speecd. A highperformance Viterbi decoder was designed with hardwaredescription language on the FPGA platform. It works on GPS and GALILEO receiver as a general decoder of GPS L2 and Galileo E1 frequency point receiver, and can reduce the resource occupation and improve the processing speed of receivers.

Keywords： Viterbi decoder; GPS /GALILEO receiver; convolutional code; FPGA

收稿日期：201110170引言

在现代通信系统中，要使信号能够更可靠地在信道中传输，往往需要在信道编码中采用纠错码来降低信号受噪声的影响，以降低传输的误码率。卷积码及其Viterbi译码是常用的信道编码方案［13］。卷积码在GNSS接收机中得到应用，其中约束长度K=7，码率为1/2 的卷积码已经成为商业卫星通信系统中的标准编码方法。在卫星定位系统中，GPS L2频点和GALILEO E1的电文均采用卷积码编码，目前在定位接收机中用软件进行Viterbi译码较多，为了提高处理速度通用性，本文设计一种基于FPGA的通用高速Viterbi译码器，能作为GPS L2和GALILEO E1的电文的译码器，大大减少资源使用，提高接收机的处理速度和减少软件复杂度，从而节约处理器的资源。

1卷积编码及Viterbi算法基本原理

卷积码包含由K个寄存器组（每组包括k个比特，k通常取1）构成的移位寄存器和n个模2加法器，其中K是约束长度，编码器的输出由当前输入数据和寄存器组中的数据共同决定。对于GPS L2 和GALILEO E1均为(2，1，7)卷积码，其生成多项式为G=(171，133)，电路图如图1所示。(2，1，7) 卷积码编码器由6个延时器（图1中的q-1模块， 可用寄存器实现）和两个模2加法器组成，它的编码约束度为7，码率为1/2，即输入端输入1 b信息，输出端输出2 b编码信息，并分为上、下两路并行输出［4］。

图1（171，133）卷积码生成电路对信号进行卷积编码后，通常采用Viterbi算法(VA)译码。Viterbi算法是对于卷积码的最大似然译码，即利用概率译码。1967年Viterbi第一个提出了这个算法，Forney对这种算法及其性能做了可读强、见解深刻的描述［1］。最大似然译码函数,就是在已知收到的信道输出序列，找到最有可能的传输序列，即通过网格图找出一条路径对应，要求路径输出的码序列具有对数最大值。对于二进制对称信道来说，函数的最大化等价于在网格图中找到与接收序列之间有最小汉明距离的路径［5］。

Viterbi算法是通过动态规划的方法找出网格图中具有最大度量的最大似然路径，即局部最优等效全局最优。在每一步中，它将进入每一状态的所有路径进行比较，并存储具有最大度量值的路径，即幸存路径，步骤为［4］：

（1） 从时刻l=m开始，计算进入某一状态的单个路径的部分度量值，并存储每一状态的幸存路径及其度量值。

（2） l增加1，l=m+1，将进入某一状态的分支度量值与前一段时间的幸存度量值累加，然后计算进入该状态的所有最大度量的路径，决定并存储新的幸存路径及度量，并删除所有其他路径。

（3） 若l

该算法主要包括两个工作：计算度量并比较，其决定幸存路径；另一个是记录幸存路径及其相关的度量值。

2基于硬件描述语言的Viterbi算法

Viterbi算法一般采用回溯法和寄存器交换法。为了减少控制的复杂度，本文采用回溯法，译码器由分支度量（BMU）、加比选（ACS）蝶形运算、存储单元、回溯（TB）单元4个基本部分组成［6］，见图2。

图2Viterbi译码器基本结构利用二元卷积来说明VA译码过程如图3所示。

图3(2，1，3) 卷积码生成电路图图4为用实线表示输入为0时走的分支，虚线表示输入为1走的分支，任意给定一个序列，在网格图中就有一个特定路径，图4中， u=（1011100），输出的编码为c= {11_10_00_01_10_01_11}。

图4二元（2，1，3）卷积码网格图2.1分支度量单元

路径度量单元是计算实际接收到的码元与期望码元之间的差别。G1与g1比较，G2与g2比较，若接收信号为0，期望值为0时，度量值为0，期望值为1时，度量值为1；若接收信号为1，期望值为0时，度量值为1，期望值为1时，度量值为0。两个比较结果和作为最终度量结果输出。按此规律计算当前状态下进入下一个状态的度量值。

2.2加比选蝶形单元

加比选（ACS）单元是完成幸存路径的延伸和判决向量的生成，计算过程包括度量值的累加、比较、选择路径操作［7］。对(2，1，3)卷积码而言，共4个状态，组成2个蝶形运算单元；而（2，1，7）卷积码则64个状态，组成32个蝶形单元。在K=7的卷积码中，有64个状态的路径，所以根据待译码的长度，适当增加累加值的位宽，防止度量值溢出。

2.3幸存路径存储单元

幸存路径存储是用来存储每次蝶形运算完成单元后所选择的路径，存储单元的大小为译码深度乘以状态个数。对每一个加比选过程的存储，实际就是对幸存路径的存储。

2.4回溯单元

由VA算法可知，在网格图上经过大约5倍的约束长度之后，所有幸存路径将汇聚到一起。因此选择合适的回溯长度L，并从任一条路径开始（比如0状态）开始回溯，当回溯到L个节点时开始输出译码比特。

3GPS L2和GALILEO E1接收机的高性能Viterbi译码具体模块设计根据GPS和GALILEO的接口文件，L2频点电文采用（2，1，7）卷积码的形式，码多项式为（171，133）o，且与GALILEO E1的卷积码格式相同， GALILEO采用分段卷积的形式，参与卷积的为每页中不包含同步头的部分，即120位进行卷积。为了能同时作为GPS和GALILEO 的译码器，设计译码深度为120的译码器。

接收机的Viterbi译码模块包括：地址译码模块、数据加载模块、Viterbi译码模块、输出控制模块。为了提高译码器的性能，Viterbi译码模块的加比选蝶形单元采用32个并行结构，提高运算速度。

图5GPS/GALILEO接收机Viterbi译码模块结构3.1地址译码及数据加载

地址译码包括总线读写译码，由于Viterbi模块作为一个独立模块，内部地址采用自己的译码设计。

深度为120的Viterbi译码器，需要输入240个卷积码，对于总线32位CPU，需要8次写入完成数据输入。最少需要8个地址单元，Viterbi译码输出最少需要4个地址单元，译码状态中断输出，状态位清除，即整个译码器模块需要14个地址单元。地址线需要4根即可。

地址译码电路采用组合逻辑设计。译码状态中断输出、状态位清零采用不同时钟域同步。

数据加载模块是加载寄存器内数据，然后按照顺序，1次按2位串行输出。

3.2Viterbi译码模块

Viterbi译码模块采用的译码深度为120的（171，133）o译码设计，译码器结构如图6所示，由译码控制单元、度量值计算单元、蝶形运算、幸存路径存储、回溯输出单元构成。

图6基于FPGA的Viterbi译码器结构（1） 蝶形运算单元。按照（2，1，7），多项式为（171，133）卷积码特点，基本蝶形单元分布见图7。对于约束长度为7的卷积码，共计64个状态，形成32个基2的蝶形运算单元见图8。

图7蝶形单元分布示意图图8基二蝶形单元蝶形单元的输入信号为上次的度量和，与接收码本蝶形单元中理论输出码的码距度量，如图9所示。

图9蝶形运算单元网表输出信号为幸存路径、度量值和，选择输出为1，不选输出为0，如表1所示。

表1蝶形单元输入输出信号

输入输出信号名称含义inputdin_a加比选后的值，与期望值的码距inputdin_b加比选后的值，与期望值的码距inputgama_a度量值的和inputgama_b度量值的和outputgama_outa,输出度量值的和outputgama_outb输出度量值的和output sela_1幸存路径选择outputselb_1幸存路径选择

（2） 幸存路径存储。经过蝶形单元运算的输出，幸存路径，64个状态，幸存路径为64位，表示该状态有或无，每进行一次蝶形运算，存入一个64位路径信息，存储器的写入控制信号和地址信息由状态控制单元发出，存储空间为120×64 b。

（3） 回溯及输出。回溯过程即从地址最后向前一次读取幸存路径的值，得出译码电文。如图10所示。

图10回溯及译码输出结构示意图（4） 状态控制单元。状态控制单元是对整个译码过程的控制，复位后，系统处在空状态，收到输入的待译数据后，进入加比选状态，按照数据流顺序进行加比选蝶形运算操作，进入到译码深度的长度的加比选后，转入译码回溯输出单元，从最后一个回溯到第一个时，即完成回溯，同时输出译码电文和译码完成中断，系统再次进入等待状态，如图11所示。

图11译码状态控制状态图4仿真及接收机测试结果

GPS/Galileo接收机通用的Viterbi译码器设计通过Modelsim仿真，能够得出正确译码结果［89］，编码后在240个码序列的228之前加入1位或2位错误码，均能正确纠错，得到正确的译码结果。

译码延时260个时钟周期。最大译码数据吞吐率达240×(150×1 000 000/260)=138 Mb/s。如图12所示。

图12Viterbi译码器仿真结果译码模块在Altera Stratix Ⅱ系列EP2S180F1020I4 FPGA平台上，利用Quartus Ⅱ8.0进行综合和时序分析，最大速度可以达到150 MHz，资源使用量为：ALUTs占用2 679，Logic Registers 占用1 465，与文献［4］相比，资源消耗大大减少。如图13，图14所示。

图13Viterbi译码器时序分析图5结语

本文所述基于FPGA的Viterbi译码器用于GPS/GALILEO接收机，能对GPS L2和GALILEO的电文进行译码，纠错能力达到预期效果，FPGA资源使用量较低，主时钟速度最大可达到150 MHz，译码处理延时达260个时钟周期，译码深度为120，最大译码数据吞吐率达138 Mb/s，完全满足GPS/GALILEO接收机电文接收译码速度要求。

图14Viterbi译码器资源使用情况参考文献

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卫星通信导论范文第4篇

论文摘要：日本教师教育具有完善的课程体系，规范的实践教学环节，严格的教师资格认证制度。这对我国重构教师教育课程体系，改革实践环节，修订教师资格制度提供了借鉴。

教师教育质量直接关系到教师素质的培养，影响着教师上岗后的育人质量。近年来，随着我国教师教育培养机构的开放化和高师院校发展的综合化，教师教育质量已经成为人们关注和研究的主要内容。明治时期，日本就提出了教师持证上岗的规定。第二次世界大战后，日本《教师资格鉴定合格证书》的实施，使教师教育走向更为规范化的道路，积累了丰富的经验，这对我国教师教育的改革与发展提供了借鉴。

一、日本教师教育的主要特征

(一)完善的教师教育课程体系

课程是教师教育活动赖以开展的主要依托和重要载体，完善的课程体系是确保教师教育的基本前提，日本不断加强教师教育课程种类和课程结构的改革，突显出以下特征：

一是课程类型多样化。20世纪70年代，日本就已经形成了由基础教育科目(普通教育和学科专业课的混合)、共同教育科目(相当于教育专业课)和专修专业科目(类似专业课程)组成的教师教育课程体系，为教师教育提供了依据。目前为止，日本大学教师教育课程主要由九类构成：(1)有关教育的本质及目标的课程，如教育原理、教育理论、教育基础论、教育哲学等；(2)有关青少年身心发展及学习过程的课程，如教育心理学、发展与学习心理学、教育一青年心理学等；(3)有关学生指导、教育商谈指导的课程，如生活指导论、教育指导论、学生指导一心理辅导等；(4)有关教育方法及技术(包括灵活运用情报机器及教材)的课程，如教育工学、教育媒介论、视听觉教育、学习指导论、教育实践论等；(5)有关学科教育法的课程，此类科目没有特别规定，由各学校根据各自学科自行设定；(6)有关教育与社会、制度、经济有关的课程，如教育史、教育法学、社会教育、教育经济学等；(7)有关特别活动的课程，此类科目没有特别规定，由各学校自行设定，但要进行课外活动的研究；(8)有关教育实习课程，如教育实践研究、教育设计等；(9)其他课程，主要用于学生选修。如终身学习论、人权教育研究、教师表现法、环境教育、社会教育、教职演习、视听觉教育等。

二是教育类课程比重不断加大。1997年7月，日本教育职员养成审议会通过了《关于面向新时代的教员养成改革策略》咨询报告，加强教师教育课程改革，加大教育类课程的比例，增设了“与执教学科或教职相关的科目”，进一步完善教师教育课程体系。1998年以来，随着日本《部分修改教职员许可法》《关于在与教育有关职员研修中推进活用卫星通信》《积极活用硕士课程的师资培养，推进现职教师的再教育》等政策、条例的颁布，教师教育的课程结构得到调整，减少了学科专业课程，加大了教育专业课程的比重。以初中教师教育专业课程增加幅度最大，由原来的19学分增加到31学分，高中教师教育专业课程学分也增加了4学分。教育专业课程的增加，使学生有充足的时间进行教育类课程的学习，教师教育的职业特点进一步加强。

三是针对教师未来就业取向的不同，调整课程结构。培养小学和幼儿园的教师比较注重教育技能、技巧等教学艺术类课程的比例，培养初中和高中的教师比较关注专业课程以及教育理论课程的设置。为培养具有全球行动能力的教师，日本教师教育还开设了属于“综合演习”课程。这类课程是基于全球化时代所面J临的地球环境、多元文化、地域纠纷、人类生存等人类共同关注的课题所设置的课程，通过相关内容的学习和虚拟情景的设置，使学生对国际环境及不同国家的教育现象有所认识，为今后开展相应教育莫定基础。

(二)规范的实践教学环节日本十分重视教师教育的实践环节，在教育职员养成审议会的咨询报告中，曾多次增加教育实习的比重和各类教师资格培训课程的教育实践学分，并明确规定，要取得小学和初中教师的资格证书，必须取得5个教育实习学分，占课程学分总数的20％；要获得高中教师资格，则必须取得3个教育实习学分，占课程学分总数的13％。在内容上，已不局限于专业知识的运用，而更重视教师能力的测试、人品的考察、个性的评价，音、体、美、外语、计算机等技能水平的测验，以及处理教材、板书、编写教案、课堂教学等实际教学能力的考核。日本教师教育实践时间一般为15周以上，其中见习时间一般在7周左右，实习时间一般在8周以上；主要采取分散式和连续式两种方式进行。分散式通常安排在学年末，主要进行集中的强化式职业技能训练。连续式一般安排在学期末，依据课程内容进度进行阶段性的职业能力训练；日本爱知教育大学提出了“四年实习制度”，即由原来的在第三年为期五周的教育实习，改为由第一年为“体验实习”、第二年为“基础实习”、第三年为“教育实习”、第四年为“研究实习”构成的实践教学体系，并相应增加了教学实践时间。

为确保实践教学质量，日本教师教育机构十分重视与中小学实践基地的交流与沟通，共同成立教师教育实训研究组织。高校研究者可以随时深入中小学，及时了解中小学的需要；中小学也能及时得到高校信息或指导，共同提高实践教学质量。在实践教学评价上，注重评价的全面性，内容上不仅评价学生的学科专业知识，还对学生的教学组织、教学管理、教学创新等方面的能力进行评价；方法上不仅采用考试的办法，还采取观察、座谈、测评等灵活的评价方法；结果是既有数量上的严格评判，又有文字上的定性描述。

(三)严格的教师资格认证制度

教师资格认证是教师专业化的重要体现，是教师教育质量的重要保障。严格、科学的教师资格认证是日本教师教育的又一特征。其主要表现在两个方面：一是具有较高的教师任职标准。日本《教师许可法》对教师任职学历作了明确的规定：中小学教师必须是大学毕业者，且要经过国家规定标准的考试，合格者才能取得教师资格。1983年，日本《关于改善教员的培养和许可制度》对教师任职资格提出了新的要求：与高中教师许可证一样，给幼儿园、小学、初中和聋哑校、盲校、养护学校的教师增设以“硕士学位”为基本资格的教师许可证，促进了日本教师学历层次的提高。二是建立了明晰的资格等级制度。20世纪40年代至80年代初，日本的教师许可证分为“普通许可证”和“临时许可证”两种。“普通许可证”又分小学教育、初中教育和高中教育三种，每一种又分为一级和二级。1983年日本首相中曾根在国会总选举中提出“教育改革七条设想”，把教员许可证分为三种，即“标准许可证”、“初级许可证”和“特修许可证”。1989年4月，日本颁布的《教育职员许可证法》中将教师资格证书等级划分为三种类型：“专修许可证”、“一种许可证”、“二种许可证”；其中获得“专修许可证”的基础是达到研究生院硕士课程结业程度，目的在于促使研究生院结业者任教，并鼓励在职教师进修。“一种许可证”的获得要求是大学本科毕业者；“二种许可证”的获得者要求必须是短期大学毕业者。同时，为实现适应学校教育多样化，新设“特别许可证”，目的在于招聘有社会经验者任教，主要集中于小学音乐、图画、体育和高中电子计算机等课程。一种资格证书则是一种标准资格，二种资格证书的获得者则必须不断提高，方能获得标准资格。这种清晰的资格层级制度，可以遴选出适合某一层级的优秀教师，同时也激励教师向高一层级努力。

二、日本教师教育对我国教师教育的启示

他山之石，可以攻玉，日本教师教育的成功经验，给我们以下启示。

(一)重构教师教育课程体系

重构课程体系，就是对目前教师教育课程体系进行革命性调整，从根本上改变以“老三门”为标签认识教师教育的滞后理念，重新建构教师教育的课程模块及其运行机制。要以系统的观点，加强教师教育的独立性思考，建议加快确立“教师教育”二级学科的地位，实施重点建设。借鉴日本教师教育的成功经验，实施“宽、精、新、强”的改革应成为目前教师教育课程改革的主要着力点。

宽，一是专业基础知识宽，加快建立与学科内容密切相通的基础课程体系，培养学生宽厚的专业基础。每个专业的建设要首先明确专业知识的构成体系，厘清其间的内在逻辑、主次关系，依次确立相应的课程和内容。二是综合文化素质课程涉猎要宽，对于理工类的学生要加强社会学、文化学的课程设置，对人文类学生要加强数学、科学学科等相关课程建设，做到文理相通、相容。

精，一是专业主干课程要精选，以构成专业基础的核心内容为主线，重构课程内容，去除重复、交叉部分，精简课程门数，精选课程内容；二是对于核心课程、重点内容要做到教师精讲、学生精练，“讲”、“练”结合，把学科专业知识和教师必备的教学素养融会贯通。

新，即课程名称与课程内容要紧跟时展，要反应学术研究的最新成果，陈旧过时、“正确废话”的内容要予以删除。尤其是教师基本功的练习，在传承传统“三字一话”的基础上，应加强现代教育技术运用技能的培养，充分发挥现代教育技术的教学促进作用。

强，是指强化教师教育类课程设置，在优化传统教育类课程的基础上，突出教师职业养成、职场中的职业道德、教师职业及其使命等课程的开设，提高教师的专业综合素养。

(二)加大实践教学环节改革

一是调整实践时间。目前我国教师专业技能实践环节时间一般在12学分，占总学分比重不足lO％，且集中在第七或第八学期。由于第七学期学生面临考研、撰写毕业论文，第八学期学生要参加考研复试、就业等学生密切关注的事项，结果使应有的实践时间既得不到保障，也不能使学生安心实习，学生在实习中得不到真正的锻炼，专业技能不能切实提高。学习日本的经验，建议进一步增加教师教育实践环节比重，力争使实践环节学分达到总学分的15％左右，约20周。时间分布上采取分散与集中相结合的方式进行，把实践环节融入每个学期。

二是加强实践基地建设。做好高校与实践基地的协调与沟通，增强实践的计划性和目的性。把实践基地建设纳入教学基础建设，坚决消除“这是实习基地的事情”的偏颇认识，加强投入和沟通，多思考、多运作。不断加大实践基地硬件投入，尤其是微格教室、教学研究室以及相关教学设备、场所的建设，搭建师生交流实践教学体验的空间和平台。

三是完善并落实好实习考评制度。学生教学实践成效考核的主体理应包括教师教育机构的指导教师、实践基地指导教师、实践对象、实践学生自身四大主体，而目前只是关注了前两者的评价。实践效果如何，应该由实践对象(实习基地的学生)进行评价，而在实践考核制度上，该主体评价一直处于忽略状态；同样，实习学生的自我评价也没有重视起来，学生主体反思没有发挥应有的作用。完善多元化主体考核机制，加大考核的客观性、规范性，抵制随意性。

(三)修订教师资格证书制度

一是提高任职教师的学历要求。我国《教师法》规定，取得小学教师资格，应当具备中等师范学校毕业及其以上学历；取得初级中学教师、初级职业学校文化、专业课教师资格，应当具备高等师范专科学校或者其他大学专科毕业及其以上学历；取得高级中学教师资格和中等专业学校、技工学校、职业高中文化课、专业课教师资格，应当具备高等师范院校本科或者其他大学本科毕业及其以上学历。值得肯定的是，《教师法》的颁布规范了教师资格认证制度，对于提高教师学历层次起到了很大的推进作用。十多年来，随着高等教育大众化的推进和三级教师教育制度向两级教育制度的顺利转变，目前新任教师的学历层次已远远高于法律规定。在学历上要求上，《教师法》对教师任职资格的制约作用已经不大；相反，由于较低的门槛，使部分临学历界值的人员占据了较多岗位，造成多数高学历毕业生难以上岗。为此，加快修订教师法，提高教师学历的准入条件，势在必行。

二是明确教师实践教学技能任职标准。我国《教师资格条例》对非师范院校毕业生从事教师职业，提出了进行“面试和试讲，考察其教育教学能力；”以及“补修教育学、心理学等课程”的要求，然而对实践教学经历和应达到的学分和等级要求没有做出明确的规定。在教师遴选上，实践教学技能考核成为弹性最大的部分，公立学校比民办学校更加明显。学习日本的经验，教师上岗以前，有必要增加“临床”教学经历的考察内容，强化教师职业的实践生成性；对不具备教师任职条件的人员，不能进人教师行列。