衛星通信導論
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衛星通信導論范文第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 應急通信衛星帶寬不足的現狀
隨著中國電信應急通信發展迅速，大量應急通信裝備入列。其中，衛星通信裝備因為其靈活機動、不受時間和空間限制的特點，在應急通信裝備中占比較大。
2009年以來，CDMA應急通信車的出動次數和吸收的話務量持續上升，已經占到應急通信任務量的一半以上。CDMA應急通信車大量使用衛星鏈路手段進行應急通信傳輸，但是衛星應用成本較高，嚴重制約實際需求的釋放。中國電信在保障應急通信需求的同時，必須從企業運營成本出發，通過多種技術手段，在有限的帶寬下滿足應急場景的通信需求。
2 衛星帶寬壓縮技術
應急衛星能力提升有多種成熟的技術方案，包括：時隙插入取出、高階調制和載波疊加技術。
（1）時隙插入取出技術根據基站能夠開通所需的最少傳輸資源，靈活地配置1―31個時隙的E1電路，使用的傳輸資源小，達到節約衛星帶寬、降低傳輸電路運行成本的目的。
（2）衛星通信中常用的調制方式包括BPSK（Binary Phase Shift Keying，二相相移鍵控）、QPSK（Quadrature Phase Shift Keying，四相相移鍵控）、8PSK（8 Phase Shift Keying，八相相移鍵控）、16QAM（16 Quadrature Amplitude Modulation，十六進制正交幅度調制）。通過采用不同的調制階數的調制方式，結合效率更高的前向糾錯編碼和采用合理的載波間隔，達到提高衛星轉發器帶寬利用率的效果。
（3）載波疊加技術采用一種名為“適應性減擾”的技術，是AST公司的專利技術。該技術可以使雙向衛星鏈路在轉發器帶寬的同一頻段內同時發射業務載波，理論上使占用帶寬減少50%。
3 現場測試
3.1 中國電信CDMA應急通信車組網
中國電信目前裝備的CDMA應急通信車配備的CDMA裝備與大網使用的裝備相同，包括華為、中興和阿朗三個廠家設備。其中，小型車輛均采用小型越野車，車內只安裝BTS（Base Transceiver Station，基站）設備，而不再安裝BSC（Base Station Controller，基站控制器）設備，因此在組網時，車內的BTS通過SCPC（Single Channel Per Carrier，單路單載波）方式經過衛星接入上海主控站，通過地面傳輸接入各省指定的相應型號的BSC。網絡示意圖如圖1所示。
應急通信車所載BTS通過衛星電路回傳到上海主控站，再通過地面電路調度送回本省，CDMA應急通信車中均配備有衛星調制解調器。其中，小型CDMA應急通信車均配備CDM-600開放衛星調制解調器，而大型CDMA應急通信車均配備CDM-625開放衛星調制解調器。
3.2 時隙插入取出技術測試
測試使用小型CDMA應急通信車，車輛選擇停放在西安，通過衛星傳輸與中國電信上海衛星地面站開通一個16時隙（1 024kbps）衛星電路；上海衛星地面站通過地面電路開通到西安BSC一個E1電路（32個時隙）。小型CDMA應急通信車天線口徑為1.35m，功率放大器為40W；上海衛星地面站天線口徑為2.4m，功率放大器為125W。測試項目包括衛星占用帶寬、呼叫建立時延、CDMA2000 1X前向數據吞吐量、CDMA2000 1X反向數據吞吐量、語音質量、EV-DO前向數據吞吐量、EV-DO反向數據吞吐量，分別采用QPSK、8PSK兩種調制方式和常用前向糾錯碼率進行測試。載波間隔系數采用1.35、配置為16時隙進行有效承載測試。
（1）測試結果匯總
小型CDMA應急通信車衛星設備發射功率以上海衛星地面站載波參考調節。功率軟件測得發射功率為31.1dBm，接收Eb/No為11.7dBm，收信電平為-49dBm，誤碼率為1×10-9。西安測試結果匯總如表1所示。
（2）測試結論
通過測試，小型CDMA應急通信車利用僅有的16時隙可以正常開通基站，同時還能支持語音、數據等多種業務，業務質量可以滿足應急通信要求。
3.3 高階調制技術測試
目前CDMA應急通信車多采用QPSK 3/4的調制與編碼方式，測試主要針對采用不同的高階調制與編碼方式（包括8PSK 7/8，16QAM 3/4，16QAM 7/8）時，測試衛星鏈路指標的變化以及對CDMA應急通信車工作的影響。
測試并驗證在各種高階調制與編碼方式下，CDMA應急通信車開通一路載頻在衛星的理論與實際占用帶寬，確定出能壓縮50%帶寬的高階調制與編碼方式。
參考衛星通信公司對中國電信載頻星上標定功率的要求（Co+No）/No≤17dB，測試在不同高階調制與編碼方式下，端站及地面衛星主站載頻發射（Co+No）/No達到17dB時，地面衛星主站和端站的功率放大器上行功率實際余量。
根據端站目前的設備能力，在滿足CDMA應急通信車正常應用的前提下，結合帶寬壓縮50%、功放余量等綜合考慮，找出最優的高階調制與編碼組合方式。
測試在地面衛星主站利用Ku 2.4m和Ku 6m天線的情況下，對遠端站衛星鏈路收發指標的影響。
經過測試，得到以下結論：
（1）采用8PSK 7/8（滾降系數為0.25）、16QAM 3/4（滾降系數為0.35）、16QAM 7/8（滾降系數為0.35）高階調制與編碼方式，均可以有效地將中國電信CDMA應急通信車在開通一條雙向衛星電路時的星上占用帶寬壓縮到2MHz以內，滿足帶寬壓縮一半的要求。
（2）中國電信CDMA小型應急通信車目前配備的40W BUC（Block Up-Converter，上變頻功率放大器）能夠滿足在各種高階調制與編碼方式下的基站正常應用，且小車功放在滿足功帶平衡時的余量在7dB以上。
3.4 載波疊加技術測試
2012年8月在四川眉山使用中國電信大型CDMA應急通信車，通過衛星傳輸與上海衛星地面站開通2MHz電路。應急通信車衛星天線口徑為1.8m，功率放大器為70W；上海衛星地面站衛星天線口徑為6.2m，功率放大器為200W。使用亞太6號，衛星調制解調器型號為CDM-625。在相同環境條件下，分別測試使用和不使用載波疊加技術的衛星傳輸鏈路指標、基站控制器、基站指標，并分析載波疊加技術應用于CDMA大型應急通信車衛星傳輸模式的可用性和穩定性。
測試結果表明，衛星傳輸鏈路使用載波疊加后，能夠提供1X語音、數據業務和EV-DO數據業務，使用載波疊加方式測試時間為3小時，基站開通正常，指標穩定。對比衛星傳輸鏈路不使用載波疊加，影響最大的是為保持功帶平衡，將使載波發射功率降低3dB，導致系統余量下降，但從CDMA大型應急通信車系統配置分析，完全能夠滿足正常應急業務和支撐保障需求，對基站性能指標基本沒有影響。總體來看，使用載波疊加技術完全能夠滿足CDMA大型應急通信車的應急業務和支撐業務需求。
4 三種技術對比
衛星帶寬壓縮技術推廣實施時，需要綜合考慮兩方面的因素：一是對現有網絡的影響，包括對現有CDMA網絡的影響和對衛星調制解調器的影響；二是實施推廣的難度。
三種技術中，時隙插入取出技術需要更改CDMA網絡中的基站和基站控制器的配置數據，主要包括數據幀的有用時隙數量。目前中國電信CDMA網絡設備生產商中，華為和中興設備支持時隙插入取出技術，阿朗設備則不支持。從測試情況看，高階調制、載波疊加技術均無需更改CDMA網絡的基站和基站控制器的配置數據，屬于無損壓縮技術。
根據上述情況，三種技術對現網的影響如表2所示：
表2 不同技術對現網的影響
技術 支持的CDMA網絡設備生產商 是否會造成基站掉站 需要更改數據的網元 壓縮
效果 對現網的影響
時隙插入取出 華為、中興 否 BTS和BSC 有損壓縮 較大
高階調制 華為、中興和阿朗 否 無 無損壓縮 無
載波疊加 華為、中興和阿朗 否 無 無損壓縮 無
三種技術中，時隙插入取出技術需要對CDMA網絡數據配置進行修改，技術難度較大；高階調制技術和載波疊加技術只需要對衛星調制解調器進行操作，與其它技術數據配置相比，改動較少、技術難度低。時隙插入取出技術對操作人員的要求比較高，實施推廣有一定的技術難度，需要一定的時間；而高階調制技術和載波疊加技術操作難度相對較低。
5 現網推廣應用
衛星效率提升技術實施推廣中，可根據地域不同、CDMA網絡用戶分布及業務開展情況進行分別討論。不同的場景下，可根據目前的設備現狀、業務特點和場景特點進行推廣。
例如，2013年四川雅安地區發生7級地震，中國電信上海衛星地面站在中國電信集團公司的指揮下，充分利用衛星帶寬壓縮新技術為災區提供通信保障，盡可能地多開一些衛星救災通道，利用28MHz衛星帶寬提供了10條衛星遠程中繼，共為災區現場提供緊急通信保障50次，共計23 200分鐘。地震當天的13時35分，中國電信集團公司四川分公司完成CDMA應急通信車現場定位，中國電信上海地面衛星接入主站順利開通到地震災區的首條衛星中繼，協助災區現場開通了中國電信的CDMA基站。21日中午，配合空降的衛星基站在通信孤島寶興縣開通一個應急基站，實現了搶險救災現場的CDMA網絡信號覆蓋。
中國電信集團衛星帶寬壓縮技術從2013年4月開始試運行測試并隨后正式使用至今，全國共有31省使用時隙插入取出、高階調制和載波疊加這三種衛星帶寬壓縮技術，使用CDMA應急基站衛星入網，在原有帶寬的基礎上提升了一倍的帶寬利用率。
6 總結
經過現場試驗和現網推廣應用，衛星帶寬壓縮技術可以有效地節省衛星應用成本，在應急通信保障中，能夠提高衛星帶寬使用效率，為中國電信樹立企業品牌形象、完成社會責任奠定堅實基礎。
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衛星通信導論范文第2篇
衛星電視
我們今天談的廣播電視衛星(簡稱廣電衛星)，就是人造衛星中的同步衛星(又稱靜止衛星)。在衛星通信等電信業務中的一種主要用途，是用來傳送聲音和圖象的廣播電視衛星。它位于赤道上空35786Km，繞地球同步運轉，地面觀察者看衛星是相對靜止，俗稱同步衛星運行的軌道為同步軌道或靜止軌道。靜止衛星其實就是一個高空定點微波差轉臺，可實現點到點、點到面的衛星通信。早期的通信衛星轉發器功率較小，地面站接收天線需幾十米大的天線。進入廣播衛星時代，地面站接收天線達到實用階段。現代的直播衛星地面站接收0.5米天線是標準配置。就Intelsat衛星而言現在也發展到第九代了，現代衛星集通信衛星、廣播衛星、直播衛星為一體，全面擔負衛星通信的工作。由地面無線傳輸、有線傳輸和衛星傳輸三大主流傳輸電視信號，組成完善的電視信號服務系統。而衛星電視廣播具有覆蓋面廣、傳輸距離遠、信息量大、信號質量高、不受地理條件限制等優點，近幾年發展迅速。特別是直播衛星數字電視(DTH)用戶使用很小的天線，安裝維護簡單，可靠性高是衛星電視發展的方向、個體接收用戶的首選。今后Q波段(40.5-42.5GHz)以上V(84-86GHz)衛星廣播頻段的開通應用，衛星天線還會小許多，名副其實碟形將會出現。
少年時代的我就癡迷于無線電。70年代始我國的第一顆人造衛星上天，就購過第一本衛星書籍，《同步衛星》的科普讀物。也曾記得中美建交美國總統訪華，實況轉播自帶上星設備，微波傳送到廣洲上星，后聽說這套設備還贈送了我國，而當時的我才第一次見到黑白電視的模樣。此后一直關注我國的衛星發展，84年“東方紅二號”同步衛星上天，標志作我國的廣播電視衛星的開始，85年租用國際通信衛星開始向全國轉播CCTV-1模擬電視節目，當時縣級收轉需6米天線，以后“東二甲”上天，亞洲一號的播出，購買漂來的衛星(中星5號)，教育、中央、省市臺的模擬電視節目上天了，90年代中期中央、省市臺開始了衛星數字電視廣播。至今已實現中央、省市衛星電視全面數字化，模擬電視已在歷史長河中消失，上百套數字電視在自已的幾顆廣播衛星上播出。中星九號的衛星發射.使我國進入了直播衛星數字電視時代。
而我國個體電視接收(TVRO)源于80年代初714熒光屏的L波段，也算我國衛視發燒的起源。90年代初亞洲一號升空，掀起了衛星電視實用收視熱潮，有著電子愛好又一直從事這方面工作的我，自然是會趕時髦、湊熱鬧、隨大潮緊跟形勢走。隨著90年代中期亞洲上空數字電視的不斷增多，從C波段向Ku波段迅速發展，Ku波段無疑是直播衛星的最佳選擇。一大批衛星電視發燒友不論城鎮鄉村，為探索衛星接收技術，確實是悄然存在。面對衛星電視的普及發展，衛星電視接收技術也不再是廣電部門、衛星電視發燒友掌握的專利，而要向電子愛好者、衛星電視用戶普及這方面的科學知識。科學技術的發展既便你是衛視領域的專家教授，也得要不斷地學習新的技術，況且衛星廣播電視是門年輕學科。前些年，衛星電視接收技術的專業書籍相當貧乏，只有報刊雜志衛視器材商的另碎介紹，加之衛視器材制造商的技術封鎖和高得出奇的價格，使普通人諸如一般電子愛好者很難有機會探索衛星電視接收的奧秘。現在的情況與昔日完全不同，互聯網上可查到衛星電視的最新信息，專業書刊不再難求，普通衛星接收器材也非當初，昔日你喜愛電子技術、有點電工基礎，或從事家電行業，學點衛星電視接收的專業知識，會很快掌握衛星電視接收技術，達到一個較高的接收水平。
本人近年來所化心血一直在衛星電視接收技術上，擁有SVEC2.4米網狀極軸衛星天線，一網打盡了從東(174°E)到西(36E°)四十多顆衛星上的C、Ku節目，由于四川中部處于亞洲衛星多波束交匯處，獨特的地理環境，創造了亞洲2.4米天線收視衛星之最；在本地(全文下同:東徑104°、北緯29.5°)首次收下了日星的東北亞波束，為內地收視這些衛星和波束提供了一手資料。在饋源技術方面，涉及圓極化、正饋天線Ku收視技術及極軸天線一網打盡(C/Ku)接收技術方面化過不少心血，有自創實用的收視理論及實踐和方法，后面將逐一詳解。希望共同提高衛星電視接收水平就是我的創作本意。
廣播衛星波束與場強
同步廣播衛星由星體、轉發器及其天線、太陽能電源糸統、姿態控制與軌道控制糸統、遙測與遙控糸統等組成。本文只簡介核心部分轉發器及其發射天線的基本工作原理。轉發器接收地面發來的電視信號(上行信號)，將其變頻并放大到足夠的功率，大功率的功率放大管由行波管擔任。大功率廣播衛星一般C波段行波管放大器功率超過55W、Ku波段功率更高達150W以上。現代大功率衛星有數十個轉發器，通過技術處理用多工器將各頻道的下行信號遙測合并，再經環行器送到發射天線(衛星發射天線屬通信類定向天線)向地面覆蓋區轉發衛星電視信號(下行信號)，為提高地面衛星信號強度，有效利用下行信號資源，發射天線的方向圖應根據地面服務區的形狀來確定。衛星發射天線按其覆蓋區的大小，可分為全球波束天線、區域波束天線、點波束天線、賦形波束天線，衛星波束示意圖見圖1 。衛星發射天線其形狀屬定向發射天線，其張角的大小決定波束面積的大小，對廣播衛星而言，全球波束的半功率寬度約17.4°、點波束的半功率寬度只有幾度或更小、而賦形波束天線，覆蓋區輪廓不規則，視服區的邊界而定。為使波束成形，通過修改反射器或用多個饋源從不同方向經反射器產生多波束的組合來實現。在大容量廣播衛星中往往用多副天線產生多個波束，還備用了可移動波束及波束擴展技術。衛星信號傳送的極化方式有兩種標準:線極化和圓極化，利用垂直極化(V)與水平極化(H)、左旋圓極化(L)和右旋圓極化(R)相互隔離之特性傳送不同的電視節目。這兩種極化有各自的優缺點。圓極化雨、雪衰減小，穿透電離層能力強，不受地球兩極磁場產生的法拉第效應，安裝調試簡單(不用調整極化)；制造性能較好的線極化LNB比圓極化容易的多，其效率較高，線極化10GHz以上頻段法拉第效應甚微，在中緯度地區廣泛應用，缺點需調整極化。這也就不難理解，新型俄星C波段用圓極化，Ku波段用線極化的原因。而我國中星九號直播衛星采用的是圓極化，一是國際規定受保護的波束、頻段、極化方式避免可能引起的干擾，二還有降低雨、雪及電離層的衰減。
廣播衛星通過轉發器-發射天線，將電視信號發送到達地面的微波電磁波信號的強度，技術用語稱等效全向輻射功率，簡稱場強(EIRP)，其功率大小值由dBw表示。由于衛星發射天線定向地面發射，功率分布并不均勻、再加“自由空間路經損失”，因此衛星覆蓋區域中心位置的功率，要大于其邊緣位置的功率。我們將這些相同與不同糸例EIRP等值線重疊在地圖上，得到一個完整的波束覆蓋圖，簡稱場強圖。常見的場強見圖2、圖3、圖4。衛星電視場強圖的作用，是為接收者提供收視參考。通常我們看到的衛星場強圖都是理想值，即單一轉發器的最大功率。有些衛星場強圖提供的數據，實際收視與計算值誤差較大，這與上行、下行信號的功率有關，而影響功率的因素多多。如衛星器件的老化，空間損失等。由于C頻段(3.4～4.2GHz)與地面微波(中繼信號)共用這一頻段，為防止相互干擾，早期限制C頻段廣播衛星地面場強在36dBw左右，也限制了小型接收天線(1米以下)收視C頻段的可能，近年這些限制有所放寬，C頻段場強值大于40dBw衛星也常見，為小型天線收視C頻段提供了方便。而Ku頻段地面場強就不受此限制，現代直播衛星的Ku場強高達55dbw以上，直播場強覆蓋區用0.35米天線就可滿意接收。
我們要了解衛星場強圖，看懂衛星場強圖，要根據場強圖選擇合適的接收器材，收視相應的衛星節目，是廣大讀者所期待的。以后將遂一介紹。要獲取衛星頻道場強圖，最方便的是上網查詢。國內有幾個專做衛星參數的網站，不太全面。我喜歡上省略/查詢衛星參數，方便準確，在衛星參數欄后Beam欄附有該參數的波束場強圖，點擊C、Ku、NE Asia、India字樣打開鏈接，調出該波束的場強圖，看地圖上波束是否覆蓋本地，覆蓋本地波束場強值是多少，以作收視參考。另一途徑是直接訪問衛星公司獲取場強圖，順便還可查一下該衛星的全部資料。
我國上空的廣播衛星信號資源
在赤道上空的同步軌道上，有幾百顆同步衛星在軌工作，其中有導航、軍事、科研、廣播等多種用途同步衛星，而在這幾百顆衛星中，廣播電視衛星占有相當數量，這些廣播衛星用不同的波束為全球不同的地區和國家服務。以前為防止衛星的相互干擾，相鄰衛星之間間距須相隔3度以上，科學的發展為充分利用有限的同步軌道資源創造了條件，現代衛星間距相隔小于3度甚至0.5度也不足為奇，一點多星技術也在廣泛應用。
我國地大物博，幅員遼闊，東西橫跨(135°－73°E)62個經度，南北縱橫(3°－58°N)55個緯度，周邊與近廿十個國家相鄰，是亞洲版圖最大的國家。如果在我國東西點外做極限仰角收視，將會收到超過200個經度的廣播衛星信號，有近百顆廣播衛星波束資源可利用。在我們漫游廣播衛星資源網站時，會發現以下波束覆蓋、或鄰近波束部分覆蓋我國的疆土，有豐富的廣播衛星信號資源可利用，為衛視發燒友收視這些衛星信號創造了極好的條件，也為在華工作的外藉人員收視本國衛星信號提供了方便。
為了便于查閱我國上空的衛星資源，用表格整理列出，備有國內收視場強參考，具體收視點場強網上查詢，收視點天線大小可參閱省略/網站場強圖中附表值，實際場強以收視天線為準。
從表中資料及實際收視看，在東徑105度、北緯30度，是部分衛星東、南、西、北波束的交匯處，在這一區域內是亞洲尋星最好的地方。
衛星電視接收天線
衛星電視接收器材的主要部件是衛星接收天線、高頻調諧器、接收機所組成。它們有各自的功能和任務，通過饋線連接調試，完成衛星廣播信號的接收。
對于專業工作者或衛星電視發燒友，須對衛星電視接收器材的原理、性能、作用有全面的了解，才能很好接收廣播衛星信號。下面分章介紹這三個主要設備的情況。
衛星接收天線的作用是收集由衛星傳來的微弱信號，盡可能去除雜波。衛星天線從外型上看一般兩類，拋物面天線和平板天線。拋物面天線從材料上看，分金屬和玻璃鋼制品，金屬材料又分鋁質和鐵質（編者注：一般用天線很采用鐵質，業余和燒友常采用這低質價廉的天線），鐵質的強度好，鋁質和玻璃鋼不易銹蝕。從機械結構上有一次成型整體型和分瓣拼裝型，整體型的天線精度高，大尺寸的天線運輸不方便。天線面又分板狀和網狀形，網狀天線的抗風性好，鋁質網面輕在極軸天線上應用可有效解輕推桿負荷。在網上還見到有頭盔天線和發燒友制作的號筒天線。衛星電視信號的極化有兩種極化(圓極化和線極化)方式，其天線是一樣的（編者注：實質上不是一樣的）。
具體的衛星天線又分以下類型：
①正饋天線，C波段應用最多。
②后饋式天線，商用天線，在4.5米以上大天線上應用。
③偏饋天線，設計用于Ku波段接收，常見的是1.2米以下整體型天線，改造饋源后可用于C波段接收。
④平板天線，分有源和無源兩種。有源平板天線采用的是微電路技術，國內合資廠商也在生產，去年底在媒體上有多篇文章介紹過，終因價格偏高、極化單一、增益有限難以推廣。而無源平板天線是在透明表面中覆蓋了很多由金屬構成的同心圓，形成電子透鏡用于聚焦信號，在國外網站見過叫透視天線。不過平板天線用于直播衛星的接收是最理想的選擇。（編者注：這種天線由于外觀形似平面板塊，燒友們錯誤的稱其為平板天線。它實際上是多螺旋天線，用于同極化電波接收的一種專用天線，它也不是透視天線，透視天線是一種介質天線，其原理和多螺旋天線完全不同）。
⑤多焦點天線，是由球面和拋物面組合而成，同時接收多顆衛星的信號。而發燒友用單焦點天線實行多顆衛星的接收，最頭痛的問題是大偏角偏焦衰減難以克服。多焦點天線就不存在這一問題，但天線面積較大。（編者注：多焦天線是由多個拋物面天線組合而成，在設計上保證了每個焦點的接收，而發燒友的單焦點天線的接收，由于使用了低價劣質天線，由于它的方向性系數極差，再加上衛星信號很強，因此才陰差陽錯的獲得成功）
⑥電動馬達驅動天線。分極軸鏈條式天線、單推桿極軸天線和仰角方位式驅動天線，電動天線尋星、換星最方便。
網上的頭盔天線，應屬全向聚焦天線類，與軍事上球型無源遠程監控雷達類同。而我們使用最多還是技術成熟，相對價格便宜的拋物面天線，C波段收視以正饋天線為主，Ku波段接收以偏饋天線為主。根據具體使用情況合理選擇衛星天線是衛星接收技術人員最基本的技能，如固定接收某顆衛星，首先了解衛星的頻段、場強，衛星接收者的使用環境和條件，是一般或廣播級收視、自然環境中的雨雪風等，及工程造價合理選擇相應尺寸的C、Ku天線。如果你是TVRO首推網狀極軸天線是最佳選擇。
衛星接收天線的性能，體現在天線性能的參數上，這些參數包括增益、效率、主波瓣寬度及旁瓣（編者注：應為方向性系數）、噪聲溫度及天線深度。
在說天線參數之前，有必要先弄明白一個物理量分貝(db)。分貝是國家選定的非國際單位制單位。它是我國法定計量單位中的級差單位。分貝是表示電氣、機械和聲學等信號在傳輸過程中的功率增加(增益)與減小(損耗)的計量單位。不少工程技術人員都熟知它，但很多人都對它感到生疏和奧秘，為此，有必要重溫這一術語，弄請它的涵義。在電磁學中其定義為：兩個同類功率量或可與功率類比的量之比值的常用對數乘以10等于1時的級差。其放大量級表達式為:Nd=10(P/Po)，由于其數值較大，不便記憶。換用分貝表達式為:Nd=10Nb=10Lg(P/Po)。 （編者注：電平的基本單位為貝爾Bel著名的科學家名字命名，常用它的十分之一分貝1／10dB表征電文信號的大小，dB不能書寫為db，因為dB是個特定單位）
例如，若傳輸分別增加1、10、20、30dB時，表示被測功率比基準功率分別增大1.259、10、100、1000倍，若傳輸減小當然就是負值。而我們在衛視收視中常用到的分貝(db)有以下:衛星場強(dbw)、天線增益及天線噪聲、高頻頭中的增益和噪聲系數、數字接收的載噪比(C/N)等。這些分貝有各自的含義，敬請注意!
1.天線增益
天線增益指衛星信號經天線聚焦后增大的倍數，信號越弱，要求的增益就越大。
①天線增益與天線直徑有關。直徑越大接收面積越大，接收的衛星信號多增益就大，與天線的半徑的平方成正比。
②天線的增益與信號頻率有關。信號頻率越高，增益就越大。與天線增益的信號頻率的平方成正比。
③天線增益與天線的精度有關。精度越高，增益就越大。精度不良聚焦差，高頻率信號要求更高。因此Ku波段天線精度要求比C波段天線更高。
2.天線效率
天線效率指有百分之多少的信號真正地被天線饋源所收集。理想值是100％，實際上不可能，正饋天線LNB與饋源阻擋，制造上天線的反射面不可能絕對精確，而根據理論值計算天線效率最高可達83％。通常把天線效率的高底分為三個等級，優質70％以上、良好60％、合格50％。頂級的精品Ku偏饋天線最高達80％。而一個等級之差約0.6db，合格天線到頂級差三個等級近2db。相當于一個頂級的0.75米與合格的0.9米Ku天線增益成等值。可見選擇優質天線的重要性。當然天線精度好，效率也自然高。
為了便于查找及資料收藏，我把常用天線增益及天線場強門限值二表合一，見表2。在表中可方便查閱天線口徑的增益與場強的對應關系，對衛星收視很有參考價值。詳文可查閱本人之作《門限接收載噪比C/N及其應用》(注1)
注:表中的天線效率為70％；C、Ku均為數字信號門限值C/N=6dbw、模擬信號門限值加2dbw即可。收視一般、良好、優質、收轉，C波段在門限值上依次遞增1.5；Ku依次遞增2db即可。
3.天線主波瓣寬度及旁瓣
在有的書上稱天線的方向性，天線方向圖如圖6所示，天線接收的信號主要來自于主波瓣，主波瓣中心最大功率為0db，波瓣寬度定義為功率下降一半即3db時主波瓣的寬度（編者注：主波瓣寬表征，所以主瓣寬度又用豐功率大角表述，此角度越小，表示天線的方向性越強，指向性越尖銳，抗干擾能力越好，低價劣質天線半功率角很大，會大達二三十度，抗干擾能力差，因此，可以實現一局多星的接收）。天線主波瓣的寬度與天線口徑、精度、頻率有關，天線口徑越大，頻率越高，波瓣寬度會變窄。同口徑的天線精度越高，波瓣越窄。現在的廣播衛星相隔經度很近，相互干擾嚴重，選擇精度高的大天線可大幅度降低鄰星干擾。同樣星載發射天線也有它的方向性與接收天線類同。
4.天線噪聲溫度、深度
（編者注：應稱天線焦比）
衛星天線接收衛星信號的同時，天線也會接收自然界或人為產生的雜波，這些雜波主要來被旁瓣接收。天線的噪聲溫度與天線仰角、波瓣寬度、天線深度、頻率有關。天線仰角低(小于15度)、波瓣寬(小天線)、淺碟天線、低頻段(C波段)等狀況下天線噪聲會增加，通常情況下天線噪聲很小，計算時都被忽略。但現在有一個不可忽視的問題，通信發達，地面微波增多，輕則影響天線效率，重則如雷達干擾，數字圖象中斷。而準確的衛星場強值是排除干擾了噪聲信號的。
天線深度（編者注：通常稱為天線焦距或焦比）通常分淺碟和深碟，天線的深度用來反映天線的饋源位置，術語叫焦徑比值(f/D)，通常這個值在0.25～0.45d間。當f=0.25d時，稱為中焦天線，焦點正好在天線口面上。大于0.37d這個值一般叫長焦天線。天線設計綜合考慮效率和抗干擾性，理論計算當拋物面天線取值0.38時天線性能最好，普通天線多取這個值。如1.5米天線焦距f=1.5X0.38=0.57(米)。另外還有一個根據碟深計算計算焦距的公式，天線反射面的半徑平方與4倍天線深度之比值即正焦天線的焦距。
我雖是一個普通的衛視發燒友，有機會多次到過視頻天線生產廠家，看過衛星天線的生產作業流程。分瓣天線和偏饋天線，1.8米以下選用0.8mm寶鋼板材，經上百噸的液壓機一次沖壓成型。整體正焦天線采用旋壓成型，精度相當高。再下來是模具定位開孔、酸洗除銹清洗、三次烘干、中途兩次噴塑，質檢包裝入庫。而網狀天線龍骨用的是異形鋁質方管材，按規格下裁，在模具上人工定位焊接，其精度取決于異形管材的弧度、人工焊接的準確定位上，如焊接成型后，在特定的模具上輕壓二次整形，相信網狀天線的精度還有所提高。
了解場強、天線增益后，讀者關心的是它們間的收視關系。場強值表示衛星信號到達地面的最大功率，而衛星天線的增益表示該天線的聚焦功率。表1中門限值(C/N=6db)是根據鏈路公式計算出來的理論值(即極限收視值)，而實際收視天線的增益還要大3～8db才行。不難發現天線增益值和場強值有緊密的關系，要達到一定的載噪比(C/N)，場強值大，天線增益值就可小些，反之弱場強就要用大天線。它們的和值(場強值+增益值)有一個恒定的系數。如門限值時:C≈67(db)、Ku≈80(db)，就是最低門坎系數。此系數方便記憶，對估測場強或天線增益極有幫助。有人異想天開想用LNB對準衛星直接收視，是否可行?當衛星場強值大于以上和值時，這個夢想就可能實現。
為了證實天線接收門限值場強的正確性，特購了0.35米偏饋天線，0.9米正饋天線作極限收視實驗。查表推算0.35米天線門限值約49dbw，也就是說它可以收下本地衛星場強49dbw以上個別最強信號，試收達到比較滿意的效果(注2)，收下了本地Ku場強47～53dbw8顆衛星的個別強信號。如108.2E的原銀河直播，查閱本地Ku場強約52dbw，見圖2。收下三個頻點訊噪比在8.3～10.6db間，過FEC=3/4有3～5db的余量。現在的接收機門限在5db右右，0.35米收視門限值場強還可下調1dbw(48dbw)，而數字接收機訊雜比分貝值與場強、天線分貝值近似(在數字衛星接收機章節再專題討論訊雜比)，因而可大膽預測，該衛星中國波束本地場強在52～53dbw間，與網上查閱場強值相符。
現代衛星有數十個轉發器，其轉發器信號強弱差別較大。就亞S3C波段信號而言，本地最好信號0.55米能找到影子，照單全收一般天線、普通配置過門限需1.4米天線，可見衛星的頻點信號強弱之差達7～8db之多。（編者注：嚴格的講，衛星上的轉發器本身的功率基本上是一致的，但由于轉發器處在各個不同的波束，其輻射到地面的位置不同，因此在同一地點就會感覺到接收同一衛星的轉發器信號強弱差異會很大）根據衛星信號場強合理選擇天線有多個版本，表2是理論計算值；圖8、圖9是省略提供的C/Ku波段收視參考值；圖10是國內發燒友整理的實際收視參考值。而真正達廣播級載噪比取值很高，C波段大于15，Ku波段高達20。
在衛視報刊和網上談論天線使用的文章話題不少，也存在不少誤區。歸納如下:
①如發燒友用0.75米小天線一頭雙星收相隔3徑度內Ku波段的衛星容易做到，但某些頻點在門限附近，心想如能換大一點天線，增益有所提高此問題能解決，其不然大天線增益提高了，而天線波瓣卻變窄了，還不如原來的小天線一頭雙星的效果好而百思不解。如用2.4米精度良好的天線一頭雙星，只能收到Ku波段相隔1經度內的衛星，這就是天線波瓣決定的。同軌雙星或多星，其實它們相隔0.1～0.2徑度，我用2.4米極軸天線收視泰星2、3號Ku波段時，兩星的最佳信號極軸天控器要左右點動一下，能分辯出兩星在軌東、西位置。
②Ku偏饋天線精度好，是不爭的事實，用0.75米Ku偏饋天線能當1.5米正饋天線使用卻過于夸大。其實精度很好的正饋天線也不比偏饋天線差多少。我用過SVEC1.2米和0.9米整體正饋天線，精度相當不錯。用陽光法模擬測試聚焦光斑圓點分別是Φ35、30mm，與0.75米偏饋天線焦點光班(Φ30mm)相當(注:偏饋天線焦點光斑不是圓點象蝴蝶型，左右斑點較亮)，而普通1.5米正饋天線，焦點光斑大于Φ100mm。用1.2米正饋收視C波段，相當于普通1.4米正饋天線，收視Ku波段，比0.9米偏饋高出訊噪比2db多。用以上0.9米正饋、偏饋天線對比測試C、Ku波段效率，其實正饋天線就比偏饋天線少0.3～0.5db(訊噪比)，就0.9米偏饋天線，短、長軸分別為0.9、0.99米，拆合為圓形直徑約0.94米，比正饋天線多0.04米，而正饋天線LNB和饋源遮擋，天線的有效面積還要少些，兩者直徑之差約0.06米，同徑的偏饋高于正饋0.5db左右并不是它的精度高而是天線面積稍大所致。關于天線配合饋源收視技術問題，后面將在饋源技術章節專題討論。
③網上有不少轉賣日本二手天線者，吹噓0.45米(Ku)日產天線可達國產0.75米效果，懂點天線增益的燒友都知道，0.45米天線就算精品，其增益就34db，國產0.75米天線再差就算合格品也能達36db，遠比它強。而實際用日產0.45米天線，與國產0.5米天線差不多，也間接證實日產精品天線效率接近80％。（編者注：通信專用天線可接近比值，廣播天線恐難大到）
注1:刊于《衛視傳媒》2003.01期
注2:網文衛視向導論壇《0.35收視四川場強分析》
參考資料: 《尋星2000》
《衛星數字廣播電視技術》
衛星通信導論范文第3篇
關鍵詞：Viterbi譯碼器； GPS /GALILEO接收機； 卷積碼; FPGA
中圖分類號：TN76434文獻標識碼：A文章編號：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
在現代通信系統中，要使信號能夠更可靠地在信道中傳輸，往往需要在信道編碼中采用糾錯碼來降低信號受噪聲的影響，以降低傳輸的誤碼率。卷積碼及其Viterbi譯碼是常用的信道編碼方案［13］。卷積碼在GNSS接收機中得到應用，其中約束長度K=7，碼率為1/2 的卷積碼已經成為商業衛星通信系統中的標準編碼方法。在衛星定位系統中，GPS L2頻點和GALILEO E1的電文均采用卷積碼編碼，目前在定位接收機中用軟件進行Viterbi譯碼較多，為了提高處理速度通用性，本文設計一種基于FPGA的通用高速Viterbi譯碼器，能作為GPS L2和GALILEO E1的電文的譯碼器，大大減少資源使用，提高接收機的處理速度和減少軟件復雜度，從而節約處理器的資源。
1卷積編碼及Viterbi算法基本原理
卷積碼包含由K個寄存器組（每組包括k個比特，k通常取1）構成的移位寄存器和n個模2加法器，其中K是約束長度，編碼器的輸出由當前輸入數據和寄存器組中的數據共同決定。對于GPS L2 和GALILEO E1均為(2，1，7)卷積碼，其生成多項式為G=(171，133)，電路圖如圖1所示。(2，1，7) 卷積碼編碼器由6個延時器（圖1中的q-1模塊， 可用寄存器實現）和兩個模2加法器組成，它的編碼約束度為7，碼率為1/2，即輸入端輸入1 b信息，輸出端輸出2 b編碼信息，并分為上、下兩路并行輸出［4］。
圖1（171，133）卷積碼生成電路對信號進行卷積編碼后，通常采用Viterbi算法(VA)譯碼。Viterbi算法是對于卷積碼的最大似然譯碼，即利用概率譯碼。1967年Viterbi第一個提出了這個算法，Forney對這種算法及其性能做了可讀強、見解深刻的描述［1］。最大似然譯碼函數,就是在已知收到的信道輸出序列，找到最有可能的傳輸序列，即通過網格圖找出一條路徑對應，要求路徑輸出的碼序列具有對數最大值。對于二進制對稱信道來說，函數的最大化等價于在網格圖中找到與接收序列之間有最小漢明距離的路徑［5］。
Viterbi算法是通過動態規劃的方法找出網格圖中具有最大度量的最大似然路徑，即局部最優等效全局最優。在每一步中，它將進入每一狀態的所有路徑進行比較，并存儲具有最大度量值的路徑，即幸存路徑，步驟為［4］：
（1） 從時刻l=m開始，計算進入某一狀態的單個路徑的部分度量值，并存儲每一狀態的幸存路徑及其度量值。
（2） l增加1，l=m+1，將進入某一狀態的分支度量值與前一段時間的幸存度量值累加，然后計算進入該狀態的所有最大度量的路徑，決定并存儲新的幸存路徑及度量，并刪除所有其他路徑。
（3） 若l
該算法主要包括兩個工作：計算度量并比較，其決定幸存路徑；另一個是記錄幸存路徑及其相關的度量值。
2基于硬件描述語言的Viterbi算法
Viterbi算法一般采用回溯法和寄存器交換法。為了減少控制的復雜度，本文采用回溯法，譯碼器由分支度量（BMU）、加比選（ACS）蝶形運算、存儲單元、回溯（TB）單元4個基本部分組成［6］，見圖2。
圖2Viterbi譯碼器基本結構利用二元卷積來說明VA譯碼過程如圖3所示。
圖3(2，1，3) 卷積碼生成電路圖圖4為用實線表示輸入為0時走的分支，虛線表示輸入為1走的分支，任意給定一個序列，在網格圖中就有一個特定路徑，圖4中， u=（1011100），輸出的編碼為c= {11_10_00_01_10_01_11}。
圖4二元（2，1，3）卷積碼網格圖2.1分支度量單元
路徑度量單元是計算實際接收到的碼元與期望碼元之間的差別。G1與g1比較，G2與g2比較，若接收信號為0，期望值為0時，度量值為0，期望值為1時，度量值為1；若接收信號為1，期望值為0時，度量值為1，期望值為1時，度量值為0。兩個比較結果和作為最終度量結果輸出。按此規律計算當前狀態下進入下一個狀態的度量值。
2.2加比選蝶形單元
加比選（ACS）單元是完成幸存路徑的延伸和判決向量的生成，計算過程包括度量值的累加、比較、選擇路徑操作［7］。對(2，1，3)卷積碼而言，共4個狀態，組成2個蝶形運算單元；而（2，1，7）卷積碼則64個狀態，組成32個蝶形單元。在K=7的卷積碼中，有64個狀態的路徑，所以根據待譯碼的長度，適當增加累加值的位寬，防止度量值溢出。
2.3幸存路徑存儲單元
幸存路徑存儲是用來存儲每次蝶形運算完成單元后所選擇的路徑，存儲單元的大小為譯碼深度乘以狀態個數。對每一個加比選過程的存儲，實際就是對幸存路徑的存儲。
2.4回溯單元
由VA算法可知，在網格圖上經過大約5倍的約束長度之后，所有幸存路徑將匯聚到一起。因此選擇合適的回溯長度L，并從任一條路徑開始（比如0狀態）開始回溯，當回溯到L個節點時開始輸出譯碼比特。
3GPS L2和GALILEO E1接收機的高性能Viterbi譯碼具體模塊設計根據GPS和GALILEO的接口文件，L2頻點電文采用（2，1，7）卷積碼的形式，碼多項式為（171，133）o，且與GALILEO E1的卷積碼格式相同， GALILEO采用分段卷積的形式，參與卷積的為每頁中不包含同步頭的部分，即120位進行卷積。為了能同時作為GPS和GALILEO 的譯碼器，設計譯碼深度為120的譯碼器。
接收機的Viterbi譯碼模塊包括：地址譯碼模塊、數據加載模塊、Viterbi譯碼模塊、輸出控制模塊。為了提高譯碼器的性能，Viterbi譯碼模塊的加比選蝶形單元采用32個并行結構，提高運算速度。
圖5GPS/GALILEO接收機Viterbi譯碼模塊結構3.1地址譯碼及數據加載
地址譯碼包括總線讀寫譯碼，由于Viterbi模塊作為一個獨立模塊，內部地址采用自己的譯碼設計。
深度為120的Viterbi譯碼器，需要輸入240個卷積碼，對于總線32位CPU，需要8次寫入完成數據輸入。最少需要8個地址單元，Viterbi譯碼輸出最少需要4個地址單元，譯碼狀態中斷輸出，狀態位清除，即整個譯碼器模塊需要14個地址單元。地址線需要4根即可。
地址譯碼電路采用組合邏輯設計。譯碼狀態中斷輸出、狀態位清零采用不同時鐘域同步。
數據加載模塊是加載寄存器內數據，然后按照順序，1次按2位串行輸出。
3.2Viterbi譯碼模塊
Viterbi譯碼模塊采用的譯碼深度為120的（171，133）o譯碼設計，譯碼器結構如圖6所示，由譯碼控制單元、度量值計算單元、蝶形運算、幸存路徑存儲、回溯輸出單元構成。
圖6基于FPGA的Viterbi譯碼器結構（1） 蝶形運算單元。按照（2，1，7），多項式為（171，133）卷積碼特點，基本蝶形單元分布見圖7。對于約束長度為7的卷積碼，共計64個狀態，形成32個基2的蝶形運算單元見圖8。
圖7蝶形單元分布示意圖圖8基二蝶形單元蝶形單元的輸入信號為上次的度量和，與接收碼本蝶形單元中理論輸出碼的碼距度量，如圖9所示。
圖9蝶形運算單元網表輸出信號為幸存路徑、度量值和，選擇輸出為1，不選輸出為0，如表1所示。
表1蝶形單元輸入輸出信號
輸入輸出信號名稱含義inputdin_a加比選后的值，與期望值的碼距inputdin_b加比選后的值，與期望值的碼距inputgama_a度量值的和inputgama_b度量值的和outputgama_outa,輸出度量值的和outputgama_outb輸出度量值的和output sela_1幸存路徑選擇outputselb_1幸存路徑選擇
（2） 幸存路徑存儲。經過蝶形單元運算的輸出，幸存路徑，64個狀態，幸存路徑為64位，表示該狀態有或無，每進行一次蝶形運算，存入一個64位路徑信息，存儲器的寫入控制信號和地址信息由狀態控制單元發出，存儲空間為120×64 b。
（3） 回溯及輸出。回溯過程即從地址最后向前一次讀取幸存路徑的值，得出譯碼電文。如圖10所示。
圖10回溯及譯碼輸出結構示意圖（4） 狀態控制單元。狀態控制單元是對整個譯碼過程的控制，復位后，系統處在空狀態，收到輸入的待譯數據后，進入加比選狀態，按照數據流順序進行加比選蝶形運算操作，進入到譯碼深度的長度的加比選后，轉入譯碼回溯輸出單元，從最后一個回溯到第一個時，即完成回溯，同時輸出譯碼電文和譯碼完成中斷，系統再次進入等待狀態，如圖11所示。
圖11譯碼狀態控制狀態圖4仿真及接收機測試結果
GPS/Galileo接收機通用的Viterbi譯碼器設計通過Modelsim仿真，能夠得出正確譯碼結果［89］，編碼后在240個碼序列的228之前加入1位或2位錯誤碼，均能正確糾錯，得到正確的譯碼結果。
譯碼延時260個時鐘周期。最大譯碼數據吞吐率達240×(150×1 000 000/260)=138 Mb/s。如圖12所示。
圖12Viterbi譯碼器仿真結果譯碼模塊在Altera Stratix Ⅱ系列EP2S180F1020I4 FPGA平臺上，利用Quartus Ⅱ8.0進行綜合和時序分析，最大速度可以達到150 MHz，資源使用量為：ALUTs占用2 679，Logic Registers 占用1 465，與文獻［4］相比，資源消耗大大減少。如圖13，圖14所示。
圖13Viterbi譯碼器時序分析圖5結語
本文所述基于FPGA的Viterbi譯碼器用于GPS/GALILEO接收機，能對GPS L2和GALILEO的電文進行譯碼，糾錯能力達到預期效果，FPGA資源使用量較低，主時鐘速度最大可達到150 MHz，譯碼處理延時達260個時鐘周期，譯碼深度為120，最大譯碼數據吞吐率達138 Mb/s，完全滿足GPS/GALILEO接收機電文接收譯碼速度要求。
圖14Viterbi譯碼器資源使用情況參考文獻
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衛星通信導論范文第4篇
論文摘要：日本教師教育具有完善的課程體系，規范的實踐教學環節，嚴格的教師資格認證制度。這對我國重構教師教育課程體系，改革實踐環節，修訂教師資格制度提供了借鑒。
教師教育質量直接關系到教師素質的培養，影響著教師上崗后的育人質量。近年來，隨著我國教師教育培養機構的開放化和高師院校發展的綜合化，教師教育質量已經成為人們關注和研究的主要內容。明治時期，日本就提出了教師持證上崗的規定。第二次世界大戰后，日本《教師資格鑒定合格證書》的實施，使教師教育走向更為規范化的道路，積累了豐富的經驗，這對我國教師教育的改革與發展提供了借鑒。
一、日本教師教育的主要特征
(一)完善的教師教育課程體系
課程是教師教育活動賴以開展的主要依托和重要載體，完善的課程體系是確保教師教育的基本前提，日本不斷加強教師教育課程種類和課程結構的改革，突顯出以下特征：
一是課程類型多樣化。20世紀70年代，日本就已經形成了由基礎教育科目(普通教育和學科專業課的混合)、共同教育科目(相當于教育專業課)和專修專業科目(類似專業課程)組成的教師教育課程體系，為教師教育提供了依據。目前為止，日本大學教師教育課程主要由九類構成：(1)有關教育的本質及目標的課程，如教育原理、教育理論、教育基礎論、教育哲學等；(2)有關青少年身心發展及學習過程的課程，如教育心理學、發展與學習心理學、教育一青年心理學等；(3)有關學生指導、教育商談指導的課程，如生活指導論、教育指導論、學生指導一心理輔導等；(4)有關教育方法及技術(包括靈活運用情報機器及教材)的課程，如教育工學、教育媒介論、視聽覺教育、學習指導論、教育實踐論等；(5)有關學科教育法的課程，此類科目沒有特別規定，由各學校根據各自學科自行設定；(6)有關教育與社會、制度、經濟有關的課程，如教育史、教育法學、社會教育、教育經濟學等；(7)有關特別活動的課程，此類科目沒有特別規定，由各學校自行設定，但要進行課外活動的研究；(8)有關教育實習課程，如教育實踐研究、教育設計等；(9)其他課程，主要用于學生選修。如終身學習論、人權教育研究、教師表現法、環境教育、社會教育、教職演習、視聽覺教育等。
二是教育類課程比重不斷加大。1997年7月，日本教育職員養成審議會通過了《關于面向新時代的教員養成改革策略》咨詢報告，加強教師教育課程改革，加大教育類課程的比例，增設了“與執教學科或教職相關的科目”，進一步完善教師教育課程體系。1998年以來，隨著日本《部分修改教職員許可法》《關于在與教育有關職員研修中推進活用衛星通信》《積極活用碩士課程的師資培養，推進現職教師的再教育》等政策、條例的頒布，教師教育的課程結構得到調整，減少了學科專業課程，加大了教育專業課程的比重。以初中教師教育專業課程增加幅度最大，由原來的19學分增加到31學分，高中教師教育專業課程學分也增加了4學分。教育專業課程的增加，使學生有充足的時間進行教育類課程的學習，教師教育的職業特點進一步加強。
三是針對教師未來就業取向的不同，調整課程結構。培養小學和幼兒園的教師比較注重教育技能、技巧等教學藝術類課程的比例，培養初中和高中的教師比較關注專業課程以及教育理論課程的設置。為培養具有全球行動能力的教師，日本教師教育還開設了屬于“綜合演習”課程。這類課程是基于全球化時代所面J臨的地球環境、多元文化、地域糾紛、人類生存等人類共同關注的課題所設置的課程，通過相關內容的學習和虛擬情景的設置，使學生對國際環境及不同國家的教育現象有所認識，為今后開展相應教育莫定基礎。
(二)規范的實踐教學環節日本十分重視教師教育的實踐環節，在教育職員養成審議會的咨詢報告中，曾多次增加教育實習的比重和各類教師資格培訓課程的教育實踐學分，并明確規定，要取得小學和初中教師的資格證書，必須取得5個教育實習學分，占課程學分總數的20％；要獲得高中教師資格，則必須取得3個教育實習學分，占課程學分總數的13％。在內容上，已不局限于專業知識的運用，而更重視教師能力的測試、人品的考察、個性的評價，音、體、美、外語、計算機等技能水平的測驗，以及處理教材、板書、編寫教案、課堂教學等實際教學能力的考核。日本教師教育實踐時間一般為15周以上，其中見習時間一般在7周左右，實習時間一般在8周以上；主要采取分散式和連續式兩種方式進行。分散式通常安排在學年末，主要進行集中的強化式職業技能訓練。連續式一般安排在學期末，依據課程內容進度進行階段性的職業能力訓練；日本愛知教育大學提出了“四年實習制度”，即由原來的在第三年為期五周的教育實習，改為由第一年為“體驗實習”、第二年為“基礎實習”、第三年為“教育實習”、第四年為“研究實習”構成的實踐教學體系，并相應增加了教學實踐時間。
為確保實踐教學質量，日本教師教育機構十分重視與中小學實踐基地的交流與溝通，共同成立教師教育實訓研究組織。高校研究者可以隨時深入中小學，及時了解中小學的需要；中小學也能及時得到高校信息或指導，共同提高實踐教學質量。在實踐教學評價上，注重評價的全面性，內容上不僅評價學生的學科專業知識，還對學生的教學組織、教學管理、教學創新等方面的能力進行評價；方法上不僅采用考試的辦法，還采取觀察、座談、測評等靈活的評價方法；結果是既有數量上的嚴格評判，又有文字上的定性描述。
(三)嚴格的教師資格認證制度
教師資格認證是教師專業化的重要體現，是教師教育質量的重要保障。嚴格、科學的教師資格認證是日本教師教育的又一特征。其主要表現在兩個方面：一是具有較高的教師任職標準。日本《教師許可法》對教師任職學歷作了明確的規定：中小學教師必須是大學畢業者，且要經過國家規定標準的考試，合格者才能取得教師資格。1983年，日本《關于改善教員的培養和許可制度》對教師任職資格提出了新的要求：與高中教師許可證一樣，給幼兒園、小學、初中和聾啞校、盲校、養護學校的教師增設以“碩士學位”為基本資格的教師許可證，促進了日本教師學歷層次的提高。二是建立了明晰的資格等級制度。20世紀40年代至80年代初，日本的教師許可證分為“普通許可證”和“臨時許可證”兩種。“普通許可證”又分小學教育、初中教育和高中教育三種，每一種又分為一級和二級。1983年日本首相中曾根在國會總選舉中提出“教育改革七條設想”，把教員許可證分為三種，即“標準許可證”、“初級許可證”和“特修許可證”。1989年4月，日本頒布的《教育職員許可證法》中將教師資格證書等級劃分為三種類型：“專修許可證”、“一種許可證”、“二種許可證”；其中獲得“專修許可證”的基礎是達到研究生院碩士課程結業程度，目的在于促使研究生院結業者任教，并鼓勵在職教師進修。“一種許可證”的獲得要求是大學本科畢業者；“二種許可證”的獲得者要求必須是短期大學畢業者。同時，為實現適應學校教育多樣化，新設“特別許可證”，目的在于招聘有社會經驗者任教，主要集中于小學音樂、圖畫、體育和高中電子計算機等課程。一種資格證書則是一種標準資格，二種資格證書的獲得者則必須不斷提高，方能獲得標準資格。這種清晰的資格層級制度，可以遴選出適合某一層級的優秀教師，同時也激勵教師向高一層級努力。
二、日本教師教育對我國教師教育的啟示
他山之石，可以攻玉，日本教師教育的成功經驗，給我們以下啟示。
(一)重構教師教育課程體系
重構課程體系，就是對目前教師教育課程體系進行革命性調整，從根本上改變以“老三門”為標簽認識教師教育的滯后理念，重新建構教師教育的課程模塊及其運行機制。要以系統的觀點，加強教師教育的獨立性思考，建議加快確立“教師教育”二級學科的地位，實施重點建設。借鑒日本教師教育的成功經驗，實施“寬、精、新、強”的改革應成為目前教師教育課程改革的主要著力點。
寬，一是專業基礎知識寬，加快建立與學科內容密切相通的基礎課程體系，培養學生寬厚的專業基礎。每個專業的建設要首先明確專業知識的構成體系，厘清其間的內在邏輯、主次關系，依次確立相應的課程和內容。二是綜合文化素質課程涉獵要寬，對于理工類的學生要加強社會學、文化學的課程設置，對人文類學生要加強數學、科學學科等相關課程建設，做到文理相通、相容。
精，一是專業主干課程要精選，以構成專業基礎的核心內容為主線，重構課程內容，去除重復、交叉部分，精簡課程門數，精選課程內容；二是對于核心課程、重點內容要做到教師精講、學生精練，“講”、“練”結合，把學科專業知識和教師必備的教學素養融會貫通。
新，即課程名稱與課程內容要緊跟時展，要反應學術研究的最新成果，陳舊過時、“正確廢話”的內容要予以刪除。尤其是教師基本功的練習，在傳承傳統“三字一話”的基礎上，應加強現代教育技術運用技能的培養，充分發揮現代教育技術的教學促進作用。
強，是指強化教師教育類課程設置，在優化傳統教育類課程的基礎上，突出教師職業養成、職場中的職業道德、教師職業及其使命等課程的開設，提高教師的專業綜合素養。
(二)加大實踐教學環節改革
一是調整實踐時間。目前我國教師專業技能實踐環節時間一般在12學分，占總學分比重不足lO％，且集中在第七或第八學期。由于第七學期學生面臨考研、撰寫畢業論文，第八學期學生要參加考研復試、就業等學生密切關注的事項，結果使應有的實踐時間既得不到保障，也不能使學生安心實習，學生在實習中得不到真正的鍛煉，專業技能不能切實提高。學習日本的經驗，建議進一步增加教師教育實踐環節比重，力爭使實踐環節學分達到總學分的15％左右，約20周。時間分布上采取分散與集中相結合的方式進行，把實踐環節融入每個學期。
二是加強實踐基地建設。做好高校與實踐基地的協調與溝通，增強實踐的計劃性和目的性。把實踐基地建設納入教學基礎建設，堅決消除“這是實習基地的事情”的偏頗認識，加強投入和溝通，多思考、多運作。不斷加大實踐基地硬件投入，尤其是微格教室、教學研究室以及相關教學設備、場所的建設，搭建師生交流實踐教學體驗的空間和平臺。
三是完善并落實好實習考評制度。學生教學實踐成效考核的主體理應包括教師教育機構的指導教師、實踐基地指導教師、實踐對象、實踐學生自身四大主體，而目前只是關注了前兩者的評價。實踐效果如何，應該由實踐對象(實習基地的學生)進行評價，而在實踐考核制度上，該主體評價一直處于忽略狀態；同樣，實習學生的自我評價也沒有重視起來，學生主體反思沒有發揮應有的作用。完善多元化主體考核機制，加大考核的客觀性、規范性，抵制隨意性。
(三)修訂教師資格證書制度
一是提高任職教師的學歷要求。我國《教師法》規定，取得小學教師資格，應當具備中等師范學校畢業及其以上學歷；取得初級中學教師、初級職業學校文化、專業課教師資格，應當具備高等師范專科學校或者其他大學專科畢業及其以上學歷；取得高級中學教師資格和中等專業學校、技工學校、職業高中文化課、專業課教師資格，應當具備高等師范院校本科或者其他大學本科畢業及其以上學歷。值得肯定的是，《教師法》的頒布規范了教師資格認證制度，對于提高教師學歷層次起到了很大的推進作用。十多年來，隨著高等教育大眾化的推進和三級教師教育制度向兩級教育制度的順利轉變，目前新任教師的學歷層次已遠遠高于法律規定。在學歷上要求上，《教師法》對教師任職資格的制約作用已經不大；相反，由于較低的門檻，使部分臨學歷界值的人員占據了較多崗位，造成多數高學歷畢業生難以上崗。為此，加快修訂教師法，提高教師學歷的準入條件，勢在必行。
二是明確教師實踐教學技能任職標準。我國《教師資格條例》對非師范院校畢業生從事教師職業，提出了進行“面試和試講，考察其教育教學能力；”以及“補修教育學、心理學等課程”的要求，然而對實踐教學經歷和應達到的學分和等級要求沒有做出明確的規定。在教師遴選上，實踐教學技能考核成為彈性最大的部分，公立學校比民辦學校更加明顯。學習日本的經驗，教師上崗以前，有必要增加“臨床”教學經歷的考察內容，強化教師職業的實踐生成性；對不具備教師任職條件的人員，不能進人教師行列。
