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衛(wèi)星通信導(dǎo)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(yīng)急通信衛(wèi)星帶寬不足的現(xiàn)狀

隨著中國(guó)電信應(yīng)急通信發(fā)展迅速，大量應(yīng)急通信裝備入列。其中，衛(wèi)星通信裝備因?yàn)槠潇`活機(jī)動(dòng)、不受時(shí)間和空間限制的特點(diǎn)，在應(yīng)急通信裝備中占比較大。

2009年以來(lái)，CDMA應(yīng)急通信車的出動(dòng)次數(shù)和吸收的話務(wù)量持續(xù)上升，已經(jīng)占到應(yīng)急通信任務(wù)量的一半以上。CDMA應(yīng)急通信車大量使用衛(wèi)星鏈路手段進(jìn)行應(yīng)急通信傳輸，但是衛(wèi)星應(yīng)用成本較高，嚴(yán)重制約實(shí)際需求的釋放。中國(guó)電信在保障應(yīng)急通信需求的同時(shí)，必須從企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本出發(fā)，通過(guò)多種技術(shù)手段，在有限的帶寬下滿足應(yīng)急場(chǎng)景的通信需求。

2 衛(wèi)星帶寬壓縮技術(shù)

應(yīng)急衛(wèi)星能力提升有多種成熟的技術(shù)方案，包括：時(shí)隙插入取出、高階調(diào)制和載波疊加技術(shù)。

（1）時(shí)隙插入取出技術(shù)根據(jù)基站能夠開(kāi)通所需的最少傳輸資源，靈活地配置1―31個(gè)時(shí)隙的E1電路，使用的傳輸資源小，達(dá)到節(jié)約衛(wèi)星帶寬、降低傳輸電路運(yùn)行成本的目的。

（2）衛(wèi)星通信中常用的調(diào)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(jìn)制正交幅度調(diào)制）。通過(guò)采用不同的調(diào)制階數(shù)的調(diào)制方式，結(jié)合效率更高的前向糾錯(cuò)編碼和采用合理的載波間隔，達(dá)到提高衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬利用率的效果。

（3）載波疊加技術(shù)采用一種名為“適應(yīng)性減擾”的技術(shù)，是AST公司的專利技術(shù)。該技術(shù)可以使雙向衛(wèi)星鏈路在轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的同一頻段內(nèi)同時(shí)發(fā)射業(yè)務(wù)載波，理論上使占用帶寬減少50%。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

3.1 中國(guó)電信CDMA應(yīng)急通信車組網(wǎng)

中國(guó)電信目前裝備的CDMA應(yīng)急通信車配備的CDMA裝備與大網(wǎng)使用的裝備相同，包括華為、中興和阿朗三個(gè)廠家設(shè)備。其中，小型車輛均采用小型越野車，車內(nèi)只安裝BTS（Base Transceiver Station，基站）設(shè)備，而不再安裝BSC（Base Station Controller，基站控制器）設(shè)備，因此在組網(wǎng)時(shí)，車內(nèi)的BTS通過(guò)SCPC（Single Channel Per Carrier，單路單載波）方式經(jīng)過(guò)衛(wèi)星接入上海主控站，通過(guò)地面?zhèn)鬏斀尤敫魇≈付ǖ南鄳?yīng)型號(hào)的BSC。網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1所示。

應(yīng)急通信車所載BTS通過(guò)衛(wèi)星電路回傳到上海主控站，再通過(guò)地面電路調(diào)度送回本省，CDMA應(yīng)急通信車中均配備有衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器。其中，小型CDMA應(yīng)急通信車均配備CDM-600開(kāi)放衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，而大型CDMA應(yīng)急通信車均配備CDM-625開(kāi)放衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器。

3.2 時(shí)隙插入取出技術(shù)測(cè)試

測(cè)試使用小型CDMA應(yīng)急通信車，車輛選擇停放在西安，通過(guò)衛(wèi)星傳輸與中國(guó)電信上海衛(wèi)星地面站開(kāi)通一個(gè)16時(shí)隙（1 024kbps）衛(wèi)星電路；上海衛(wèi)星地面站通過(guò)地面電路開(kāi)通到西安BSC一個(gè)E1電路（32個(gè)時(shí)隙）。小型CDMA應(yīng)急通信車天線口徑為1.35m，功率放大器為40W；上海衛(wèi)星地面站天線口徑為2.4m，功率放大器為125W。測(cè)試項(xiàng)目包括衛(wèi)星占用帶寬、呼叫建立時(shí)延、CDMA2000 1X前向數(shù)據(jù)吞吐量、CDMA2000 1X反向數(shù)據(jù)吞吐量、語(yǔ)音質(zhì)量、EV-DO前向數(shù)據(jù)吞吐量、EV-DO反向數(shù)據(jù)吞吐量，分別采用QPSK、8PSK兩種調(diào)制方式和常用前向糾錯(cuò)碼率進(jìn)行測(cè)試。載波間隔系數(shù)采用1.35、配置為16時(shí)隙進(jìn)行有效承載測(cè)試。

（1）測(cè)試結(jié)果匯總

小型CDMA應(yīng)急通信車衛(wèi)星設(shè)備發(fā)射功率以上海衛(wèi)星地面站載波參考調(diào)節(jié)。功率軟件測(cè)得發(fā)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(cè)試結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

（2）測(cè)試結(jié)論

通過(guò)測(cè)試，小型CDMA應(yīng)急通信車?yán)脙H有的16時(shí)隙可以正常開(kāi)通基站，同時(shí)還能支持語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)質(zhì)量可以滿足應(yīng)急通信要求。

3.3 高階調(diào)制技術(shù)測(cè)試

目前CDMA應(yīng)急通信車多采用QPSK 3/4的調(diào)制與編碼方式，測(cè)試主要針對(duì)采用不同的高階調(diào)制與編碼方式（包括8PSK 7/8，16QAM 3/4，16QAM 7/8）時(shí)，測(cè)試衛(wèi)星鏈路指標(biāo)的變化以及對(duì)CDMA應(yīng)急通信車工作的影響。

測(cè)試并驗(yàn)證在各種高階調(diào)制與編碼方式下，CDMA應(yīng)急通信車開(kāi)通一路載頻在衛(wèi)星的理論與實(shí)際占用帶寬，確定出能壓縮50%帶寬的高階調(diào)制與編碼方式。

參考衛(wèi)星通信公司對(duì)中國(guó)電信載頻星上標(biāo)定功率的要求（Co+No）/No≤17dB，測(cè)試在不同高階調(diào)制與編碼方式下，端站及地面衛(wèi)星主站載頻發(fā)射（Co+No）/No達(dá)到17dB時(shí)，地面衛(wèi)星主站和端站的功率放大器上行功率實(shí)際余量。

根據(jù)端站目前的設(shè)備能力，在滿足CDMA應(yīng)急通信車正常應(yīng)用的前提下，結(jié)合帶寬壓縮50%、功放余量等綜合考慮，找出最優(yōu)的高階調(diào)制與編碼組合方式。

測(cè)試在地面衛(wèi)星主站利用Ku 2.4m和Ku 6m天線的情況下，對(duì)遠(yuǎn)端站衛(wèi)星鏈路收發(fā)指標(biāo)的影響。

經(jīng)過(guò)測(cè)試，得到以下結(jié)論：

（1）采用8PSK 7/8（滾降系數(shù)為0.25）、16QAM 3/4（滾降系數(shù)為0.35）、16QAM 7/8（滾降系數(shù)為0.35）高階調(diào)制與編碼方式，均可以有效地將中國(guó)電信CDMA應(yīng)急通信車在開(kāi)通一條雙向衛(wèi)星電路時(shí)的星上占用帶寬壓縮到2MHz以內(nèi)，滿足帶寬壓縮一半的要求。

（2）中國(guó)電信CDMA小型應(yīng)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(diào)制與編碼方式下的基站正常應(yīng)用，且小車功放在滿足功帶平衡時(shí)的余量在7dB以上。

3.4 載波疊加技術(shù)測(cè)試

2012年8月在四川眉山使用中國(guó)電信大型CDMA應(yīng)急通信車，通過(guò)衛(wèi)星傳輸與上海衛(wèi)星地面站開(kāi)通2MHz電路。應(yīng)急通信車衛(wèi)星天線口徑為1.8m，功率放大器為70W；上海衛(wèi)星地面站衛(wèi)星天線口徑為6.2m，功率放大器為200W。使用亞太6號(hào)，衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器型號(hào)為CDM-625。在相同環(huán)境條件下，分別測(cè)試使用和不使用載波疊加技術(shù)的衛(wèi)星傳輸鏈路指標(biāo)、基站控制器、基站指標(biāo)，并分析載波疊加技術(shù)應(yīng)用于CDMA大型應(yīng)急通信車衛(wèi)星傳輸模式的可用性和穩(wěn)定性。

測(cè)試結(jié)果表明，衛(wèi)星傳輸鏈路使用載波疊加后，能夠提供1X語(yǔ)音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和EV-DO數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使用載波疊加方式測(cè)試時(shí)間為3小時(shí)，基站開(kāi)通正常，指標(biāo)穩(wěn)定。對(duì)比衛(wèi)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(fā)射功率降低3dB，導(dǎo)致系統(tǒng)余量下降，但從CDMA大型應(yīng)急通信車系統(tǒng)配置分析，完全能夠滿足正常應(yīng)急業(yè)務(wù)和支撐保障需求，對(duì)基站性能指標(biāo)基本沒(méi)有影響?？傮w來(lái)看，使用載波疊加技術(shù)完全能夠滿足CDMA大型應(yīng)急通信車的應(yīng)急業(yè)務(wù)和支撐業(yè)務(wù)需求。

4 三種技術(shù)對(duì)比

衛(wèi)星帶寬壓縮技術(shù)推廣實(shí)施時(shí)，需要綜合考慮兩方面的因素：一是對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響，包括對(duì)現(xiàn)有CDMA網(wǎng)絡(luò)的影響和對(duì)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器的影響；二是實(shí)施推廣的難度。

三種技術(shù)中，時(shí)隙插入取出技術(shù)需要更改CDMA網(wǎng)絡(luò)中的基站和基站控制器的配置數(shù)據(jù)，主要包括數(shù)據(jù)幀的有用時(shí)隙數(shù)量。目前中國(guó)電信CDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商中，華為和中興設(shè)備支持時(shí)隙插入取出技術(shù)，阿朗設(shè)備則不支持。從測(cè)試情況看，高階調(diào)制、載波疊加技術(shù)均無(wú)需更改CDMA網(wǎng)絡(luò)的基站和基站控制器的配置數(shù)據(jù)，屬于無(wú)損壓縮技術(shù)。

根據(jù)上述情況，三種技術(shù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響如表2所示：

表2 不同技術(shù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響

技術(shù) 支持的CDMA網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商 是否會(huì)造成基站掉站 需要更改數(shù)據(jù)的網(wǎng)元 壓縮

效果 對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響

時(shí)隙插入取出 華為、中興 否 BTS和BSC 有損壓縮 較大

高階調(diào)制 華為、中興和阿朗 否 無(wú) 無(wú)損壓縮 無(wú)

載波疊加 華為、中興和阿朗 否 無(wú) 無(wú)損壓縮 無(wú)

三種技術(shù)中，時(shí)隙插入取出技術(shù)需要對(duì)CDMA網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)配置進(jìn)行修改，技術(shù)難度較大；高階調(diào)制技術(shù)和載波疊加技術(shù)只需要對(duì)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行操作，與其它技術(shù)數(shù)據(jù)配置相比，改動(dòng)較少、技術(shù)難度低。時(shí)隙插入取出技術(shù)對(duì)操作人員的要求比較高，實(shí)施推廣有一定的技術(shù)難度，需要一定的時(shí)間；而高階調(diào)制技術(shù)和載波疊加技術(shù)操作難度相對(duì)較低。

5 現(xiàn)網(wǎng)推廣應(yīng)用

衛(wèi)星效率提升技術(shù)實(shí)施推廣中，可根據(jù)地域不同、CDMA網(wǎng)絡(luò)用戶分布及業(yè)務(wù)開(kāi)展情況進(jìn)行分別討論。不同的場(chǎng)景下，可根據(jù)目前的設(shè)備現(xiàn)狀、業(yè)務(wù)特點(diǎn)和場(chǎng)景特點(diǎn)進(jìn)行推廣。

例如，2013年四川雅安地區(qū)發(fā)生7級(jí)地震，中國(guó)電信上海衛(wèi)星地面站在中國(guó)電信集團(tuán)公司的指揮下，充分利用衛(wèi)星帶寬壓縮新技術(shù)為災(zāi)區(qū)提供通信保障，盡可能地多開(kāi)一些衛(wèi)星救災(zāi)通道，利用28MHz衛(wèi)星帶寬提供了10條衛(wèi)星遠(yuǎn)程中繼，共為災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)提供緊急通信保障50次，共計(jì)23 200分鐘。地震當(dāng)天的13時(shí)35分，中國(guó)電信集團(tuán)公司四川分公司完成CDMA應(yīng)急通信車現(xiàn)場(chǎng)定位，中國(guó)電信上海地面衛(wèi)星接入主站順利開(kāi)通到地震災(zāi)區(qū)的首條衛(wèi)星中繼，協(xié)助災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)通了中國(guó)電信的CDMA基站。21日中午，配合空降的衛(wèi)星基站在通信孤島寶興縣開(kāi)通一個(gè)應(yīng)急基站，實(shí)現(xiàn)了搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的CDMA網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋。

中國(guó)電信集團(tuán)衛(wèi)星帶寬壓縮技術(shù)從2013年4月開(kāi)始試運(yùn)行測(cè)試并隨后正式使用至今，全國(guó)共有31省使用時(shí)隙插入取出、高階調(diào)制和載波疊加這三種衛(wèi)星帶寬壓縮技術(shù)，使用CDMA應(yīng)急基站衛(wèi)星入網(wǎng)，在原有帶寬的基礎(chǔ)上提升了一倍的帶寬利用率。

6 總結(jié)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和現(xiàn)網(wǎng)推廣應(yīng)用，衛(wèi)星帶寬壓縮技術(shù)可以有效地節(jié)省衛(wèi)星應(yīng)用成本，在應(yīng)急通信保障中，能夠提高衛(wèi)星帶寬使用效率，為中國(guó)電信樹(shù)立企業(yè)品牌形象、完成社會(huì)責(zé)任奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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衛(wèi)星通信導(dǎo)論范文第2篇

衛(wèi)星電視

我們今天談的廣播電視衛(wèi)星(簡(jiǎn)稱廣電衛(wèi)星)，就是人造衛(wèi)星中的同步衛(wèi)星(又稱靜止衛(wèi)星)。在衛(wèi)星通信等電信業(yè)務(wù)中的一種主要用途，是用來(lái)傳送聲音和圖象的廣播電視衛(wèi)星。它位于赤道上空35786Km，繞地球同步運(yùn)轉(zhuǎn)，地面觀察者看衛(wèi)星是相對(duì)靜止，俗稱同步衛(wèi)星運(yùn)行的軌道為同步軌道或靜止軌道。靜止衛(wèi)星其實(shí)就是一個(gè)高空定點(diǎn)微波差轉(zhuǎn)臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到面的衛(wèi)星通信。早期的通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率較小，地面站接收天線需幾十米大的天線。進(jìn)入廣播衛(wèi)星時(shí)代，地面站接收天線達(dá)到實(shí)用階段?，F(xiàn)代的直播衛(wèi)星地面站接收0.5米天線是標(biāo)準(zhǔn)配置。就Intelsat衛(wèi)星而言現(xiàn)在也發(fā)展到第九代了，現(xiàn)代衛(wèi)星集通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、直播衛(wèi)星為一體，全面擔(dān)負(fù)衛(wèi)星通信的工作。由地面無(wú)線傳輸、有線傳輸和衛(wèi)星傳輸三大主流傳輸電視信號(hào)，組成完善的電視信號(hào)服務(wù)系統(tǒng)。而衛(wèi)星電視廣播具有覆蓋面廣、傳輸距離遠(yuǎn)、信息量大、信號(hào)質(zhì)量高、不受地理?xiàng)l件限制等優(yōu)點(diǎn)，近幾年發(fā)展迅速。特別是直播衛(wèi)星數(shù)字電視(DTH)用戶使用很小的天線，安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性高是衛(wèi)星電視發(fā)展的方向、個(gè)體接收用戶的首選。今后Q波段(40.5-42.5GHz)以上V(84-86GHz)衛(wèi)星廣播頻段的開(kāi)通應(yīng)用，衛(wèi)星天線還會(huì)小許多，名副其實(shí)碟形將會(huì)出現(xiàn)。

少年時(shí)代的我就癡迷于無(wú)線電。70年代始我國(guó)的第一顆人造衛(wèi)星上天，就購(gòu)過(guò)第一本衛(wèi)星書(shū)籍，《同步衛(wèi)星》的科普讀物。也曾記得中美建交美國(guó)總統(tǒng)訪華，實(shí)況轉(zhuǎn)播自帶上星設(shè)備，微波傳送到廣洲上星，后聽(tīng)說(shuō)這套設(shè)備還贈(zèng)送了我國(guó)，而當(dāng)時(shí)的我才第一次見(jiàn)到黑白電視的模樣。此后一直關(guān)注我國(guó)的衛(wèi)星發(fā)展，84年“東方紅二號(hào)”同步衛(wèi)星上天，標(biāo)志作我國(guó)的廣播電視衛(wèi)星的開(kāi)始，85年租用國(guó)際通信衛(wèi)星開(kāi)始向全國(guó)轉(zhuǎn)播CCTV-1模擬電視節(jié)目，當(dāng)時(shí)縣級(jí)收轉(zhuǎn)需6米天線，以后“東二甲”上天，亞洲一號(hào)的播出，購(gòu)買漂來(lái)的衛(wèi)星(中星5號(hào))，教育、中央、省市臺(tái)的模擬電視節(jié)目上天了，90年代中期中央、省市臺(tái)開(kāi)始了衛(wèi)星數(shù)字電視廣播。至今已實(shí)現(xiàn)中央、省市衛(wèi)星電視全面數(shù)字化，模擬電視已在歷史長(zhǎng)河中消失，上百套數(shù)字電視在自已的幾顆廣播衛(wèi)星上播出。中星九號(hào)的衛(wèi)星發(fā)射.使我國(guó)進(jìn)入了直播衛(wèi)星數(shù)字電視時(shí)代。

而我國(guó)個(gè)體電視接收(TVRO)源于80年代初714熒光屏的L波段，也算我國(guó)衛(wèi)視發(fā)燒的起源。90年代初亞洲一號(hào)升空，掀起了衛(wèi)星電視實(shí)用收視熱潮，有著電子愛(ài)好又一直從事這方面工作的我，自然是會(huì)趕時(shí)髦、湊熱鬧、隨大潮緊跟形勢(shì)走。隨著90年代中期亞洲上空數(shù)字電視的不斷增多，從C波段向Ku波段迅速發(fā)展，Ku波段無(wú)疑是直播衛(wèi)星的最佳選擇。一大批衛(wèi)星電視發(fā)燒友不論城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村，為探索衛(wèi)星接收技術(shù)，確實(shí)是悄然存在。面對(duì)衛(wèi)星電視的普及發(fā)展，衛(wèi)星電視接收技術(shù)也不再是廣電部門(mén)、衛(wèi)星電視發(fā)燒友掌握的專利，而要向電子愛(ài)好者、衛(wèi)星電視用戶普及這方面的科學(xué)知識(shí)?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展既便你是衛(wèi)視領(lǐng)域的專家教授，也得要不斷地學(xué)習(xí)新的技術(shù)，況且衛(wèi)星廣播電視是門(mén)年輕學(xué)科。前些年，衛(wèi)星電視接收技術(shù)的專業(yè)書(shū)籍相當(dāng)貧乏，只有報(bào)刊雜志衛(wèi)視器材商的另碎介紹，加之衛(wèi)視器材制造商的技術(shù)封鎖和高得出奇的價(jià)格，使普通人諸如一般電子愛(ài)好者很難有機(jī)會(huì)探索衛(wèi)星電視接收的奧秘?，F(xiàn)在的情況與昔日完全不同，互聯(lián)網(wǎng)上可查到衛(wèi)星電視的最新信息，專業(yè)書(shū)刊不再難求，普通衛(wèi)星接收器材也非當(dāng)初，昔日你喜愛(ài)電子技術(shù)、有點(diǎn)電工基礎(chǔ)，或從事家電行業(yè)，學(xué)點(diǎn)衛(wèi)星電視接收的專業(yè)知識(shí)，會(huì)很快掌握衛(wèi)星電視接收技術(shù)，達(dá)到一個(gè)較高的接收水平。

本人近年來(lái)所化心血一直在衛(wèi)星電視接收技術(shù)上，擁有SVEC2.4米網(wǎng)狀極軸衛(wèi)星天線，一網(wǎng)打盡了從東(174°E)到西(36E°)四十多顆衛(wèi)星上的C、Ku節(jié)目，由于四川中部處于亞洲衛(wèi)星多波束交匯處，獨(dú)特的地理環(huán)境，創(chuàng)造了亞洲2.4米天線收視衛(wèi)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(nèi)地收視這些衛(wèi)星和波束提供了一手資料。在饋源技術(shù)方面，涉及圓極化、正饋天線Ku收視技術(shù)及極軸天線一網(wǎng)打盡(C/Ku)接收技術(shù)方面化過(guò)不少心血，有自創(chuàng)實(shí)用的收視理論及實(shí)踐和方法，后面將逐一詳解。希望共同提高衛(wèi)星電視接收水平就是我的創(chuàng)作本意。

廣播衛(wèi)星波束與場(chǎng)強(qiáng)

同步廣播衛(wèi)星由星體、轉(zhuǎn)發(fā)器及其天線、太陽(yáng)能電源糸統(tǒng)、姿態(tài)控制與軌道控制糸統(tǒng)、遙測(cè)與遙控糸統(tǒng)等組成。本文只簡(jiǎn)介核心部分轉(zhuǎn)發(fā)器及其發(fā)射天線的基本工作原理。轉(zhuǎn)發(fā)器接收地面發(fā)來(lái)的電視信號(hào)(上行信號(hào))，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(dān)任。大功率廣播衛(wèi)星一般C波段行波管放大器功率超過(guò)55W、Ku波段功率更高達(dá)150W以上。現(xiàn)代大功率衛(wèi)星有數(shù)十個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，通過(guò)技術(shù)處理用多工器將各頻道的下行信號(hào)遙測(cè)合并，再經(jīng)環(huán)行器送到發(fā)射天線(衛(wèi)星發(fā)射天線屬通信類定向天線)向地面覆蓋區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星電視信號(hào)(下行信號(hào))，為提高地面衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度，有效利用下行信號(hào)資源，發(fā)射天線的方向圖應(yīng)根據(jù)地面服務(wù)區(qū)的形狀來(lái)確定。衛(wèi)星發(fā)射天線按其覆蓋區(qū)的大小，可分為全球波束天線、區(qū)域波束天線、點(diǎn)波束天線、賦形波束天線，衛(wèi)星波束示意圖見(jiàn)圖1 。衛(wèi)星發(fā)射天線其形狀屬定向發(fā)射天線，其張角的大小決定波束面積的大小，對(duì)廣播衛(wèi)星而言，全球波束的半功率寬度約17.4°、點(diǎn)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(qū)輪廓不規(guī)則，視服區(qū)的邊界而定。為使波束成形，通過(guò)修改反射器或用多個(gè)饋源從不同方向經(jīng)反射器產(chǎn)生多波束的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在大容量廣播衛(wèi)星中往往用多副天線產(chǎn)生多個(gè)波束，還備用了可移動(dòng)波束及波束擴(kuò)展技術(shù)。衛(wèi)星信號(hào)傳送的極化方式有兩種標(biāo)準(zhǔn):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(jié)目。這兩種極化有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。圓極化雨、雪衰減小，穿透電離層能力強(qiáng)，不受地球兩極磁場(chǎng)產(chǎn)生的法拉第效應(yīng)，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單(不用調(diào)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(yīng)甚微，在中緯度地區(qū)廣泛應(yīng)用，缺點(diǎn)需調(diào)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(guó)中星九號(hào)直播衛(wèi)星采用的是圓極化，一是國(guó)際規(guī)定受保護(hù)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(wèi)星通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)器-發(fā)射天線，將電視信號(hào)發(fā)送到達(dá)地面的微波電磁波信號(hào)的強(qiáng)度，技術(shù)用語(yǔ)稱等效全向輻射功率，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)(EIRP)，其功率大小值由dBw表示。由于衛(wèi)星發(fā)射天線定向地面發(fā)射，功率分布并不均勻、再加“自由空間路經(jīng)損失”，因此衛(wèi)星覆蓋區(qū)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(gè)完整的波束覆蓋圖，簡(jiǎn)稱場(chǎng)強(qiáng)圖。常見(jiàn)的場(chǎng)強(qiáng)見(jiàn)圖2、圖3、圖4。衛(wèi)星電視場(chǎng)強(qiáng)圖的作用，是為接收者提供收視參考。通常我們看到的衛(wèi)星場(chǎng)強(qiáng)圖都是理想值，即單一轉(zhuǎn)發(fā)器的最大功率。有些衛(wèi)星場(chǎng)強(qiáng)圖提供的數(shù)據(jù)，實(shí)際收視與計(jì)算值誤差較大，這與上行、下行信號(hào)的功率有關(guān)，而影響功率的因素多多。如衛(wèi)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(hào))共用這一頻段，為防止相互干擾，早期限制C頻段廣播衛(wèi)星地面場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)值大于40dBw衛(wèi)星也常見(jiàn)，為小型天線收視C頻段提供了方便。而Ku頻段地面場(chǎng)強(qiáng)就不受此限制，現(xiàn)代直播衛(wèi)星的Ku場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)55dbw以上，直播場(chǎng)強(qiáng)覆蓋區(qū)用0.35米天線就可滿意接收。

我們要了解衛(wèi)星場(chǎng)強(qiáng)圖，看懂衛(wèi)星場(chǎng)強(qiáng)圖，要根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)圖選擇合適的接收器材，收視相應(yīng)的衛(wèi)星節(jié)目，是廣大讀者所期待的。以后將遂一介紹。要獲取衛(wèi)星頻道場(chǎng)強(qiáng)圖，最方便的是上網(wǎng)查詢。國(guó)內(nèi)有幾個(gè)專做衛(wèi)星參數(shù)的網(wǎng)站，不太全面。我喜歡上省略/查詢衛(wèi)星參數(shù)，方便準(zhǔn)確，在衛(wèi)星參數(shù)欄后Beam欄附有該參數(shù)的波束場(chǎng)強(qiáng)圖，點(diǎn)擊C、Ku、NE Asia、India字樣打開(kāi)鏈接，調(diào)出該波束的場(chǎng)強(qiáng)圖，看地圖上波束是否覆蓋本地，覆蓋本地波束場(chǎng)強(qiáng)值是多少，以作收視參考。另一途徑是直接訪問(wèn)衛(wèi)星公司獲取場(chǎng)強(qiáng)圖，順便還可查一下該衛(wèi)星的全部資料。

我國(guó)上空的廣播衛(wèi)星信號(hào)資源

在赤道上空的同步軌道上，有幾百顆同步衛(wèi)星在軌工作，其中有導(dǎo)航、軍事、科研、廣播等多種用途同步衛(wèi)星，而在這幾百顆衛(wèi)星中，廣播電視衛(wèi)星占有相當(dāng)數(shù)量，這些廣播衛(wèi)星用不同的波束為全球不同的地區(qū)和國(guó)家服務(wù)。以前為防止衛(wèi)星的相互干擾，相鄰衛(wèi)星之間間距須相隔3度以上，科學(xué)的發(fā)展為充分利用有限的同步軌道資源創(chuàng)造了條件，現(xiàn)代衛(wèi)星間距相隔小于3度甚至0.5度也不足為奇，一點(diǎn)多星技術(shù)也在廣泛應(yīng)用。

我國(guó)地大物博，幅員遼闊，東西橫跨(135°－73°E)62個(gè)經(jīng)度，南北縱橫(3°－58°N)55個(gè)緯度，周邊與近廿十個(gè)國(guó)家相鄰，是亞洲版圖最大的國(guó)家。如果在我國(guó)東西點(diǎn)外做極限仰角收視，將會(huì)收到超過(guò)200個(gè)經(jīng)度的廣播衛(wèi)星信號(hào)，有近百顆廣播衛(wèi)星波束資源可利用。在我們漫游廣播衛(wèi)星資源網(wǎng)站時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)以下波束覆蓋、或鄰近波束部分覆蓋我國(guó)的疆土，有豐富的廣播衛(wèi)星信號(hào)資源可利用，為衛(wèi)視發(fā)燒友收視這些衛(wèi)星信號(hào)創(chuàng)造了極好的條件，也為在華工作的外藉人員收視本國(guó)衛(wèi)星信號(hào)提供了方便。

為了便于查閱我國(guó)上空的衛(wèi)星資源，用表格整理列出，備有國(guó)內(nèi)收視場(chǎng)強(qiáng)參考，具體收視點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)網(wǎng)上查詢，收視點(diǎn)天線大小可參閱省略/網(wǎng)站場(chǎng)強(qiáng)圖中附表值，實(shí)際場(chǎng)強(qiáng)以收視天線為準(zhǔn)。

從表中資料及實(shí)際收視看，在東徑105度、北緯30度，是部分衛(wèi)星東、南、西、北波束的交匯處，在這一區(qū)域內(nèi)是亞洲尋星最好的地方。

衛(wèi)星電視接收天線

衛(wèi)星電視接收器材的主要部件是衛(wèi)星接收天線、高頻調(diào)諧器、接收機(jī)所組成。它們有各自的功能和任務(wù)，通過(guò)饋線連接調(diào)試，完成衛(wèi)星廣播信號(hào)的接收。

對(duì)于專業(yè)工作者或衛(wèi)星電視發(fā)燒友，須對(duì)衛(wèi)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(wèi)星信號(hào)。下面分章介紹這三個(gè)主要設(shè)備的情況。

衛(wèi)星接收天線的作用是收集由衛(wèi)星傳來(lái)的微弱信號(hào)，盡可能去除雜波。衛(wèi)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(zhì)和鐵質(zhì)（編者注：一般用天線很采用鐵質(zhì)，業(yè)余和燒友常采用這低質(zhì)價(jià)廉的天線），鐵質(zhì)的強(qiáng)度好，鋁質(zhì)和玻璃鋼不易銹蝕。從機(jī)械結(jié)構(gòu)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(yùn)輸不方便。天線面又分板狀和網(wǎng)狀形，網(wǎng)狀天線的抗風(fēng)性好，鋁質(zhì)網(wǎng)面輕在極軸天線上應(yīng)用可有效解輕推桿負(fù)荷。在網(wǎng)上還見(jiàn)到有頭盔天線和發(fā)燒友制作的號(hào)筒天線。衛(wèi)星電視信號(hào)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(shí)質(zhì)上不是一樣的）。

具體的衛(wèi)星天線又分以下類型：

①正饋天線，C波段應(yīng)用最多。

②后饋式天線，商用天線，在4.5米以上大天線上應(yīng)用。

③偏饋天線，設(shè)計(jì)用于Ku波段接收，常見(jiàn)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(wú)源兩種。有源平板天線采用的是微電路技術(shù)，國(guó)內(nèi)合資廠商也在生產(chǎn)，去年底在媒體上有多篇文章介紹過(guò)，終因價(jià)格偏高、極化單一、增益有限難以推廣。而無(wú)源平板天線是在透明表面中覆蓋了很多由金屬構(gòu)成的同心圓，形成電子透鏡用于聚焦信號(hào)，在國(guó)外網(wǎng)站見(jiàn)過(guò)叫透視天線。不過(guò)平板天線用于直播衛(wèi)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(cuò)誤的稱其為平板天線。它實(shí)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(zhì)天線，其原理和多螺旋天線完全不同）。

⑤多焦點(diǎn)天線，是由球面和拋物面組合而成，同時(shí)接收多顆衛(wèi)星的信號(hào)。而發(fā)燒友用單焦點(diǎn)天線實(shí)行多顆衛(wèi)星的接收，最頭痛的問(wèn)題是大偏角偏焦衰減難以克服。多焦點(diǎn)天線就不存在這一問(wèn)題，但天線面積較大。（編者注：多焦天線是由多個(gè)拋物面天線組合而成，在設(shè)計(jì)上保證了每個(gè)焦點(diǎn)的接收，而發(fā)燒友的單焦點(diǎn)天線的接收，由于使用了低價(jià)劣質(zhì)天線，由于它的方向性系數(shù)極差，再加上衛(wèi)星信號(hào)很強(qiáng)，因此才陰差陽(yáng)錯(cuò)的獲得成功）

⑥電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)天線。分極軸鏈條式天線、單推桿極軸天線和仰角方位式驅(qū)動(dòng)天線，電動(dòng)天線尋星、換星最方便。

網(wǎng)上的頭盔天線，應(yīng)屬全向聚焦天線類，與軍事上球型無(wú)源遠(yuǎn)程監(jiān)控雷達(dá)類同。而我們使用最多還是技術(shù)成熟，相對(duì)價(jià)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(jù)具體使用情況合理選擇衛(wèi)星天線是衛(wèi)星接收技術(shù)人員最基本的技能，如固定接收某顆衛(wèi)星，首先了解衛(wèi)星的頻段、場(chǎng)強(qiáng)，衛(wèi)星接收者的使用環(huán)境和條件，是一般或廣播級(jí)收視、自然環(huán)境中的雨雪風(fēng)等，及工程造價(jià)合理選擇相應(yīng)尺寸的C、Ku天線。如果你是TVRO首推網(wǎng)狀極軸天線是最佳選擇。

衛(wèi)星接收天線的性能，體現(xiàn)在天線性能的參數(shù)上，這些參數(shù)包括增益、效率、主波瓣寬度及旁瓣（編者注：應(yīng)為方向性系數(shù)）、噪聲溫度及天線深度。

在說(shuō)天線參數(shù)之前，有必要先弄明白一個(gè)物理量分貝(db)。分貝是國(guó)家選定的非國(guó)際單位制單位。它是我國(guó)法定計(jì)量單位中的級(jí)差單位。分貝是表示電氣、機(jī)械和聲學(xué)等信號(hào)在傳輸過(guò)程中的功率增加(增益)與減小(損耗)的計(jì)量單位。不少工程技術(shù)人員都熟知它，但很多人都對(duì)它感到生疏和奧秘，為此，有必要重溫這一術(shù)語(yǔ)，弄請(qǐng)它的涵義。在電磁學(xué)中其定義為：兩個(gè)同類功率量或可與功率類比的量之比值的常用對(duì)數(shù)乘以10等于1時(shí)的級(jí)差。其放大量級(jí)表達(dá)式為:Nd=10(P/Po)，由于其數(shù)值較大，不便記憶。換用分貝表達(dá)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(xué)家名字命名，常用它的十分之一分貝1／10dB表征電文信號(hào)的大小，dB不能書(shū)寫(xiě)為db，因?yàn)閐B是個(gè)特定單位）

例如，若傳輸分別增加1、10、20、30dB時(shí)，表示被測(cè)功率比基準(zhǔn)功率分別增大1.259、10、100、1000倍，若傳輸減小當(dāng)然就是負(fù)值。而我們?cè)谛l(wèi)視收視中常用到的分貝(db)有以下:衛(wèi)星場(chǎng)強(qiáng)(dbw)、天線增益及天線噪聲、高頻頭中的增益和噪聲系數(shù)、數(shù)字接收的載噪比(C/N)等。這些分貝有各自的含義，敬請(qǐng)注意!

1.天線增益

天線增益指衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)天線聚焦后增大的倍數(shù)，信號(hào)越弱，要求的增益就越大。

①天線增益與天線直徑有關(guān)。直徑越大接收面積越大，接收的衛(wèi)星信號(hào)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(hào)頻率有關(guān)。信號(hào)頻率越高，增益就越大。與天線增益的信號(hào)頻率的平方成正比。

③天線增益與天線的精度有關(guān)。精度越高，增益就越大。精度不良聚焦差，高頻率信號(hào)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(hào)真正地被天線饋源所收集。理想值是100％，實(shí)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(duì)精確，而根據(jù)理論值計(jì)算天線效率最高可達(dá)83％。通常把天線效率的高底分為三個(gè)等級(jí)，優(yōu)質(zhì)70％以上、良好60％、合格50％。頂級(jí)的精品Ku偏饋天線最高達(dá)80％。而一個(gè)等級(jí)之差約0.6db，合格天線到頂級(jí)差三個(gè)等級(jí)近2db。相當(dāng)于一個(gè)頂級(jí)的0.75米與合格的0.9米Ku天線增益成等值。可見(jiàn)選擇優(yōu)質(zhì)天線的重要性。當(dāng)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(chǎng)強(qiáng)門(mén)限值二表合一，見(jiàn)表2。在表中可方便查閱天線口徑的增益與場(chǎng)強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)衛(wèi)星收視很有參考價(jià)值。詳文可查閱本人之作《門(mén)限接收載噪比C/N及其應(yīng)用》(注1)

注:表中的天線效率為70％；C、Ku均為數(shù)字信號(hào)門(mén)限值C/N=6dbw、模擬信號(hào)門(mén)限值加2dbw即可。收視一般、良好、優(yōu)質(zhì)、收轉(zhuǎn)，C波段在門(mén)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(shū)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(hào)主要來(lái)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(shí)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(qiáng)，指向性越尖銳，抗干擾能力越好，低價(jià)劣質(zhì)天線半功率角很大，會(huì)大達(dá)二三十度，抗干擾能力差，因此，可以實(shí)現(xiàn)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(guān)，天線口徑越大，頻率越高，波瓣寬度會(huì)變窄。同口徑的天線精度越高，波瓣越窄。現(xiàn)在的廣播衛(wèi)星相隔經(jīng)度很近，相互干擾嚴(yán)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(fā)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(yīng)稱天線焦比）

衛(wèi)星天線接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，天線也會(huì)接收自然界或人為產(chǎn)生的雜波，這些雜波主要來(lái)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(guān)。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(huì)增加，通常情況下天線噪聲很小，計(jì)算時(shí)都被忽略。但現(xiàn)在有一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，通信發(fā)達(dá)，地面微波增多，輕則影響天線效率，重則如雷達(dá)干擾，數(shù)字圖象中斷。而準(zhǔn)確的衛(wèi)星場(chǎng)強(qiáng)值是排除干擾了噪聲信號(hào)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(lái)反映天線的饋源位置，術(shù)語(yǔ)叫焦徑比值(f/D)，通常這個(gè)值在0.25～0.45d間。當(dāng)f=0.25d時(shí)，稱為中焦天線，焦點(diǎn)正好在天線口面上。大于0.37d這個(gè)值一般叫長(zhǎng)焦天線。天線設(shè)計(jì)綜合考慮效率和抗干擾性，理論計(jì)算當(dāng)拋物面天線取值0.38時(shí)天線性能最好，普通天線多取這個(gè)值。如1.5米天線焦距f=1.5X0.38=0.57(米)。另外還有一個(gè)根據(jù)碟深計(jì)算計(jì)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(gè)普通的衛(wèi)視發(fā)燒友，有機(jī)會(huì)多次到過(guò)視頻天線生產(chǎn)廠家，看過(guò)衛(wèi)星天線的生產(chǎn)作業(yè)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(jīng)上百噸的液壓機(jī)一次沖壓成型。整體正焦天線采用旋壓成型，精度相當(dāng)高。再下來(lái)是模具定位開(kāi)孔、酸洗除銹清洗、三次烘干、中途兩次噴塑，質(zhì)檢包裝入庫(kù)。而網(wǎng)狀天線龍骨用的是異形鋁質(zhì)方管材，按規(guī)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(zhǔn)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(wǎng)狀天線的精度還有所提高。

了解場(chǎng)強(qiáng)、天線增益后，讀者關(guān)心的是它們間的收視關(guān)系。場(chǎng)強(qiáng)值表示衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面的最大功率，而衛(wèi)星天線的增益表示該天線的聚焦功率。表1中門(mén)限值(C/N=6db)是根據(jù)鏈路公式計(jì)算出來(lái)的理論值(即極限收視值)，而實(shí)際收視天線的增益還要大3～8db才行。不難發(fā)現(xiàn)天線增益值和場(chǎng)強(qiáng)值有緊密的關(guān)系，要達(dá)到一定的載噪比(C/N)，場(chǎng)強(qiáng)值大，天線增益值就可小些，反之弱場(chǎng)強(qiáng)就要用大天線。它們的和值(場(chǎng)強(qiáng)值+增益值)有一個(gè)恒定的系數(shù)。如門(mén)限值時(shí):C≈67(db)、Ku≈80(db)，就是最低門(mén)坎系數(shù)。此系數(shù)方便記憶，對(duì)估測(cè)場(chǎng)強(qiáng)或天線增益極有幫助。有人異想天開(kāi)想用LNB對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星直接收視，是否可行?當(dāng)衛(wèi)星場(chǎng)強(qiáng)值大于以上和值時(shí)，這個(gè)夢(mèng)想就可能實(shí)現(xiàn)。

為了證實(shí)天線接收門(mén)限值場(chǎng)強(qiáng)的正確性，特購(gòu)了0.35米偏饋天線，0.9米正饋天線作極限收視實(shí)驗(yàn)。查表推算0.35米天線門(mén)限值約49dbw，也就是說(shuō)它可以收下本地衛(wèi)星場(chǎng)強(qiáng)49dbw以上個(gè)別最強(qiáng)信號(hào)，試收達(dá)到比較滿意的效果(注2)，收下了本地Ku場(chǎng)強(qiáng)47～53dbw8顆衛(wèi)星的個(gè)別強(qiáng)信號(hào)。如108.2E的原銀河直播，查閱本地Ku場(chǎng)強(qiáng)約52dbw，見(jiàn)圖2。收下三個(gè)頻點(diǎn)訊噪比在8.3～10.6db間，過(guò)FEC=3/4有3～5db的余量?，F(xiàn)在的接收機(jī)門(mén)限在5db右右，0.35米收視門(mén)限值場(chǎng)強(qiáng)還可下調(diào)1dbw(48dbw)，而數(shù)字接收機(jī)訊雜比分貝值與場(chǎng)強(qiáng)、天線分貝值近似(在數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)章節(jié)再專題討論訊雜比)，因而可大膽預(yù)測(cè)，該衛(wèi)星中國(guó)波束本地場(chǎng)強(qiáng)在52～53dbw間，與網(wǎng)上查閱場(chǎng)強(qiáng)值相符。

現(xiàn)代衛(wèi)星有數(shù)十個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，其轉(zhuǎn)發(fā)器信號(hào)強(qiáng)弱差別較大。就亞S3C波段信號(hào)而言，本地最好信號(hào)0.55米能找到影子，照單全收一般天線、普通配置過(guò)門(mén)限需1.4米天線，可見(jiàn)衛(wèi)星的頻點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)弱之差達(dá)7～8db之多。（編者注：嚴(yán)格的講，衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器本身的功率基本上是一致的，但由于轉(zhuǎn)發(fā)器處在各個(gè)不同的波束，其輻射到地面的位置不同，因此在同一地點(diǎn)就會(huì)感覺(jué)到接收同一衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器信號(hào)強(qiáng)弱差異會(huì)很大）根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)合理選擇天線有多個(gè)版本，表2是理論計(jì)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(guó)內(nèi)發(fā)燒友整理的實(shí)際收視參考值。而真正達(dá)廣播級(jí)載噪比取值很高，C波段大于15，Ku波段高達(dá)20。

在衛(wèi)視報(bào)刊和網(wǎng)上談?wù)撎炀€使用的文章話題不少，也存在不少誤區(qū)。歸納如下:

①如發(fā)燒友用0.75米小天線一頭雙星收相隔3徑度內(nèi)Ku波段的衛(wèi)星容易做到，但某些頻點(diǎn)在門(mén)限附近，心想如能換大一點(diǎn)天線，增益有所提高此問(wèn)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(lái)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(jīng)度內(nèi)的衛(wèi)星，這就是天線波瓣決定的。同軌雙星或多星，其實(shí)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(hào)Ku波段時(shí)，兩星的最佳信號(hào)極軸天控器要左右點(diǎn)動(dòng)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(zhēng)的事實(shí)，用0.75米Ku偏饋天線能當(dāng)1.5米正饋天線使用卻過(guò)于夸大。其實(shí)精度很好的正饋天線也不比偏饋天線差多少。我用過(guò)SVEC1.2米和0.9米整體正饋天線，精度相當(dāng)不錯(cuò)。用陽(yáng)光法模擬測(cè)試聚焦光斑圓點(diǎn)分別是Φ35、30mm，與0.75米偏饋天線焦點(diǎn)光班(Φ30mm)相當(dāng)(注:偏饋天線焦點(diǎn)光斑不是圓點(diǎn)象蝴蝶型，左右斑點(diǎn)較亮)，而普通1.5米正饋天線，焦點(diǎn)光斑大于Φ100mm。用1.2米正饋收視C波段，相當(dāng)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(duì)比測(cè)試C、Ku波段效率，其實(shí)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(zhǎng)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(guān)于天線配合饋源收視技術(shù)問(wèn)題，后面將在饋源技術(shù)章節(jié)專題討論。

③網(wǎng)上有不少轉(zhuǎn)賣日本二手天線者，吹噓0.45米(Ku)日產(chǎn)天線可達(dá)國(guó)產(chǎn)0.75米效果，懂點(diǎn)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(guó)產(chǎn)0.75米天線再差就算合格品也能達(dá)36db，遠(yuǎn)比它強(qiáng)。而實(shí)際用日產(chǎn)0.45米天線，與國(guó)產(chǎn)0.5米天線差不多，也間接證實(shí)日產(chǎn)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(wèi)視傳媒》2003.01期

注2:網(wǎng)文衛(wèi)視向?qū)д搲?.35收視四川場(chǎng)強(qiáng)分析》

參考資料: 《尋星2000》

《衛(wèi)星數(shù)字廣播電視技術(shù)》

衛(wèi)星通信導(dǎo)論范文第3篇

關(guān)鍵詞：Viterbi譯碼器； GPS /GALILEO接收機(jī)； 卷積碼; FPGA

中圖分類號(hào)：TN76434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(xiàn)代通信系統(tǒng)中，要使信號(hào)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(cuò)碼來(lái)降低信號(hào)受噪聲的影響，以降低傳輸?shù)恼`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(jī)中得到應(yīng)用，其中約束長(zhǎng)度K=7，碼率為1/2 的卷積碼已經(jīng)成為商業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)編碼方法。在衛(wèi)星定位系統(tǒng)中，GPS L2頻點(diǎn)和GALILEO E1的電文均采用卷積碼編碼，目前在定位接收機(jī)中用軟件進(jìn)行Viterbi譯碼較多，為了提高處理速度通用性，本文設(shè)計(jì)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(jī)的處理速度和減少軟件復(fù)雜度，從而節(jié)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(gè)寄存器組（每組包括k個(gè)比特，k通常取1）構(gòu)成的移位寄存器和n個(gè)模2加法器，其中K是約束長(zhǎng)度，編碼器的輸出由當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)和寄存器組中的數(shù)據(jù)共同決定。對(duì)于GPS L2 和GALILEO E1均為(2，1，7)卷積碼，其生成多項(xiàng)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(gè)延時(shí)器（圖1中的q-1模塊， 可用寄存器實(shí)現(xiàn)）和兩個(gè)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(duì)信號(hào)進(jìn)行卷積編碼后，通常采用Viterbi算法(VA)譯碼。Viterbi算法是對(duì)于卷積碼的最大似然譯碼，即利用概率譯碼。1967年Viterbi第一個(gè)提出了這個(gè)算法，F(xiàn)orney對(duì)這種算法及其性能做了可讀強(qiáng)、見(jiàn)解深刻的描述［1］。最大似然譯碼函數(shù),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(guò)網(wǎng)格圖找出一條路徑對(duì)應(yīng)，要求路徑輸出的碼序列具有對(duì)數(shù)最大值。對(duì)于二進(jìn)制對(duì)稱信道來(lái)說(shuō)，函數(shù)的最大化等價(jià)于在網(wǎng)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(guò)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法找出網(wǎng)格圖中具有最大度量的最大似然路徑，即局部最優(yōu)等效全局最優(yōu)。在每一步中，它將進(jìn)入每一狀態(tài)的所有路徑進(jìn)行比較，并存儲(chǔ)具有最大度量值的路徑，即幸存路徑，步驟為［4］：

（1） 從時(shí)刻l=m開(kāi)始，計(jì)算進(jìn)入某一狀態(tài)的單個(gè)路徑的部分度量值，并存儲(chǔ)每一狀態(tài)的幸存路徑及其度量值。

（2） l增加1，l=m+1，將進(jìn)入某一狀態(tài)的分支度量值與前一段時(shí)間的幸存度量值累加，然后計(jì)算進(jìn)入該狀態(tài)的所有最大度量的路徑，決定并存儲(chǔ)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(gè)工作：計(jì)算度量并比較，其決定幸存路徑；另一個(gè)是記錄幸存路徑及其相關(guān)的度量值。

2基于硬件描述語(yǔ)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(fù)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(yùn)算、存儲(chǔ)單元、回溯（TB）單元4個(gè)基本部分組成［6］，見(jiàn)圖2。

圖2Viterbi譯碼器基本結(jié)構(gòu)利用二元卷積來(lái)說(shuō)明VA譯碼過(guò)程如圖3所示。

圖3(2，1，3) 卷積碼生成電路圖圖4為用實(shí)線表示輸入為0時(shí)走的分支，虛線表示輸入為1走的分支，任意給定一個(gè)序列，在網(wǎng)格圖中就有一個(gè)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(wǎng)格圖2.1分支度量單元

路徑度量單元是計(jì)算實(shí)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(hào)為0，期望值為0時(shí)，度量值為0，期望值為1時(shí)，度量值為1；若接收信號(hào)為1，期望值為0時(shí)，度量值為1，期望值為1時(shí)，度量值為0。兩個(gè)比較結(jié)果和作為最終度量結(jié)果輸出。按此規(guī)律計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)下進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)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(jì)算過(guò)程包括度量值的累加、比較、選擇路徑操作［7］。對(duì)(2，1，3)卷積碼而言，共4個(gè)狀態(tài)，組成2個(gè)蝶形運(yùn)算單元；而（2，1，7）卷積碼則64個(gè)狀態(tài)，組成32個(gè)蝶形單元。在K=7的卷積碼中，有64個(gè)狀態(tài)的路徑，所以根據(jù)待譯碼的長(zhǎng)度，適當(dāng)增加累加值的位寬，防止度量值溢出。

2.3幸存路徑存儲(chǔ)單元

幸存路徑存儲(chǔ)是用來(lái)存儲(chǔ)每次蝶形運(yùn)算完成單元后所選擇的路徑，存儲(chǔ)單元的大小為譯碼深度乘以狀態(tài)個(gè)數(shù)。對(duì)每一個(gè)加比選過(guò)程的存儲(chǔ)，實(shí)際就是對(duì)幸存路徑的存儲(chǔ)。

2.4回溯單元

由VA算法可知，在網(wǎng)格圖上經(jīng)過(guò)大約5倍的約束長(zhǎng)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(zhǎng)度L，并從任一條路徑開(kāi)始（比如0狀態(tài)）開(kāi)始回溯，當(dāng)回溯到L個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)開(kāi)始輸出譯碼比特。

3GPS L2和GALILEO E1接收機(jī)的高性能Viterbi譯碼具體模塊設(shè)計(jì)根據(jù)GPS和GALILEO的接口文件，L2頻點(diǎn)電文采用（2，1，7）卷積碼的形式，碼多項(xiàng)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(yè)中不包含同步頭的部分，即120位進(jìn)行卷積。為了能同時(shí)作為GPS和GALILEO 的譯碼器，設(shè)計(jì)譯碼深度為120的譯碼器。

接收機(jī)的Viterbi譯碼模塊包括：地址譯碼模塊、數(shù)據(jù)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(gè)并行結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)算速度。

圖5GPS/GALILEO接收機(jī)Viterbi譯碼模塊結(jié)構(gòu)3.1地址譯碼及數(shù)據(jù)加載

地址譯碼包括總線讀寫(xiě)譯碼，由于Viterbi模塊作為一個(gè)獨(dú)立模塊，內(nèi)部地址采用自己的譯碼設(shè)計(jì)。

深度為120的Viterbi譯碼器，需要輸入240個(gè)卷積碼，對(duì)于總線32位CPU，需要8次寫(xiě)入完成數(shù)據(jù)輸入。最少需要8個(gè)地址單元，Viterbi譯碼輸出最少需要4個(gè)地址單元，譯碼狀態(tài)中斷輸出，狀態(tài)位清除，即整個(gè)譯碼器模塊需要14個(gè)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(shè)計(jì)。譯碼狀態(tài)中斷輸出、狀態(tài)位清零采用不同時(shí)鐘域同步。

數(shù)據(jù)加載模塊是加載寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)，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(shè)計(jì)，譯碼器結(jié)構(gòu)如圖6所示，由譯碼控制單元、度量值計(jì)算單元、蝶形運(yùn)算、幸存路徑存儲(chǔ)、回溯輸出單元構(gòu)成。

圖6基于FPGA的Viterbi譯碼器結(jié)構(gòu)（1） 蝶形運(yùn)算單元。按照（2，1，7），多項(xiàng)式為（171，133）卷積碼特點(diǎn)，基本蝶形單元分布見(jiàn)圖7。對(duì)于約束長(zhǎng)度為7的卷積碼，共計(jì)64個(gè)狀態(tài)，形成32個(gè)基2的蝶形運(yùn)算單元見(jiàn)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(hào)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(yùn)算單元網(wǎng)表輸出信號(hào)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(hào)

輸入輸出信號(hào)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(chǔ)。經(jīng)過(guò)蝶形單元運(yùn)算的輸出，幸存路徑，64個(gè)狀態(tài)，幸存路徑為64位，表示該狀態(tài)有或無(wú)，每進(jìn)行一次蝶形運(yùn)算，存入一個(gè)64位路徑信息，存儲(chǔ)器的寫(xiě)入控制信號(hào)和地址信息由狀態(tài)控制單元發(fā)出，存儲(chǔ)空間為120×64 b。

（3） 回溯及輸出。回溯過(guò)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(jié)構(gòu)示意圖（4） 狀態(tài)控制單元。狀態(tài)控制單元是對(duì)整個(gè)譯碼過(guò)程的控制，復(fù)位后，系統(tǒng)處在空狀態(tài)，收到輸入的待譯數(shù)據(jù)后，進(jìn)入加比選狀態(tài)，按照數(shù)據(jù)流順序進(jìn)行加比選蝶形運(yùn)算操作，進(jìn)入到譯碼深度的長(zhǎng)度的加比選后，轉(zhuǎn)入譯碼回溯輸出單元，從最后一個(gè)回溯到第一個(gè)時(shí)，即完成回溯，同時(shí)輸出譯碼電文和譯碼完成中斷，系統(tǒng)再次進(jìn)入等待狀態(tài)，如圖11所示。

圖11譯碼狀態(tài)控制狀態(tài)圖4仿真及接收機(jī)測(cè)試結(jié)果

GPS/Galileo接收機(jī)通用的Viterbi譯碼器設(shè)計(jì)通過(guò)Modelsim仿真，能夠得出正確譯碼結(jié)果［89］，編碼后在240個(gè)碼序列的228之前加入1位或2位錯(cuò)誤碼，均能正確糾錯(cuò)，得到正確的譯碼結(jié)果。

譯碼延時(shí)260個(gè)時(shí)鐘周期。最大譯碼數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)240×(150×1 000 000/260)=138 Mb/s。如圖12所示。

圖12Viterbi譯碼器仿真結(jié)果譯碼模塊在Altera Stratix Ⅱ系列EP2S180F1020I4 FPGA平臺(tái)上，利用Quartus Ⅱ8.0進(jìn)行綜合和時(shí)序分析，最大速度可以達(dá)到150 MHz，資源使用量為：ALUTs占用2 679，Logic Registers 占用1 465，與文獻(xiàn)［4］相比，資源消耗大大減少。如圖13，圖14所示。

圖13Viterbi譯碼器時(shí)序分析圖5結(jié)語(yǔ)

本文所述基于FPGA的Viterbi譯碼器用于GPS/GALILEO接收機(jī)，能對(duì)GPS L2和GALILEO的電文進(jìn)行譯碼，糾錯(cuò)能力達(dá)到預(yù)期效果，F(xiàn)PGA資源使用量較低，主時(shí)鐘速度最大可達(dá)到150 MHz，譯碼處理延時(shí)達(dá)260個(gè)時(shí)鐘周期，譯碼深度為120，最大譯碼數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)138 Mb/s，完全滿足GPS/GALILEO接收機(jī)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(xiàn)

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衛(wèi)星通信導(dǎo)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(guī)范的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格的教師資格認(rèn)證制度。這對(duì)我國(guó)重構(gòu)教師教育課程體系，改革實(shí)踐環(huán)節(jié)，修訂教師資格制度提供了借鑒。

教師教育質(zhì)量直接關(guān)系到教師素質(zhì)的培養(yǎng)，影響著教師上崗后的育人質(zhì)量。近年來(lái)，隨著我國(guó)教師教育培養(yǎng)機(jī)構(gòu)的開(kāi)放化和高師院校發(fā)展的綜合化，教師教育質(zhì)量已經(jīng)成為人們關(guān)注和研究的主要內(nèi)容。明治時(shí)期，日本就提出了教師持證上崗的規(guī)定。第二次世界大戰(zhàn)后，日本《教師資格鑒定合格證書(shū)》的實(shí)施，使教師教育走向更為規(guī)范化的道路，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)我國(guó)教師教育的改革與發(fā)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(dòng)賴以開(kāi)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(qiáng)教師教育課程種類和課程結(jié)構(gòu)的改革，突顯出以下特征：

一是課程類型多樣化。20世紀(jì)70年代，日本就已經(jīng)形成了由基礎(chǔ)教育科目(普通教育和學(xué)科專業(yè)課的混合)、共同教育科目(相當(dāng)于教育專業(yè)課)和專修專業(yè)科目(類似專業(yè)課程)組成的教師教育課程體系，為教師教育提供了依據(jù)。目前為止，日本大學(xué)教師教育課程主要由九類構(gòu)成：(1)有關(guān)教育的本質(zhì)及目標(biāo)的課程，如教育原理、教育理論、教育基礎(chǔ)論、教育哲學(xué)等；(2)有關(guān)青少年身心發(fā)展及學(xué)習(xí)過(guò)程的課程，如教育心理學(xué)、發(fā)展與學(xué)習(xí)心理學(xué)、教育一青年心理學(xué)等；(3)有關(guān)學(xué)生指導(dǎo)、教育商談指導(dǎo)的課程，如生活指導(dǎo)論、教育指導(dǎo)論、學(xué)生指導(dǎo)一心理輔導(dǎo)等；(4)有關(guān)教育方法及技術(shù)(包括靈活運(yùn)用情報(bào)機(jī)器及教材)的課程，如教育工學(xué)、教育媒介論、視聽(tīng)覺(jué)教育、學(xué)習(xí)指導(dǎo)論、教育實(shí)踐論等；(5)有關(guān)學(xué)科教育法的課程，此類科目沒(méi)有特別規(guī)定，由各學(xué)校根據(jù)各自學(xué)科自行設(shè)定；(6)有關(guān)教育與社會(huì)、制度、經(jīng)濟(jì)有關(guān)的課程，如教育史、教育法學(xué)、社會(huì)教育、教育經(jīng)濟(jì)學(xué)等；(7)有關(guān)特別活動(dòng)的課程，此類科目沒(méi)有特別規(guī)定，由各學(xué)校自行設(shè)定，但要進(jìn)行課外活動(dòng)的研究；(8)有關(guān)教育實(shí)習(xí)課程，如教育實(shí)踐研究、教育設(shè)計(jì)等；(9)其他課程，主要用于學(xué)生選修。如終身學(xué)習(xí)論、人權(quán)教育研究、教師表現(xiàn)法、環(huán)境教育、社會(huì)教育、教職演習(xí)、視聽(tīng)覺(jué)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(yǎng)成審議會(huì)通過(guò)了《關(guān)于面向新時(shí)代的教員養(yǎng)成改革策略》咨詢報(bào)告，加強(qiáng)教師教育課程改革，加大教育類課程的比例，增設(shè)了“與執(zhí)教學(xué)科或教職相關(guān)的科目”，進(jìn)一步完善教師教育課程體系。1998年以來(lái)，隨著日本《部分修改教職員許可法》《關(guān)于在與教育有關(guān)職員研修中推進(jìn)活用衛(wèi)星通信》《積極活用碩士課程的師資培養(yǎng)，推進(jìn)現(xiàn)職教師的再教育》等政策、條例的頒布，教師教育的課程結(jié)構(gòu)得到調(diào)整，減少了學(xué)科專業(yè)課程，加大了教育專業(yè)課程的比重。以初中教師教育專業(yè)課程增加幅度最大，由原來(lái)的19學(xué)分增加到31學(xué)分，高中教師教育專業(yè)課程學(xué)分也增加了4學(xué)分。教育專業(yè)課程的增加，使學(xué)生有充足的時(shí)間進(jìn)行教育類課程的學(xué)習(xí)，教師教育的職業(yè)特點(diǎn)進(jìn)一步加強(qiáng)。

三是針對(duì)教師未來(lái)就業(yè)取向的不同，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)。培養(yǎng)小學(xué)和幼兒園的教師比較注重教育技能、技巧等教學(xué)藝術(shù)類課程的比例，培養(yǎng)初中和高中的教師比較關(guān)注專業(yè)課程以及教育理論課程的設(shè)置。為培養(yǎng)具有全球行動(dòng)能力的教師，日本教師教育還開(kāi)設(shè)了屬于“綜合演習(xí)”課程。這類課程是基于全球化時(shí)代所面J臨的地球環(huán)境、多元文化、地域糾紛、人類生存等人類共同關(guān)注的課題所設(shè)置的課程，通過(guò)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和虛擬情景的設(shè)置，使學(xué)生對(duì)國(guó)際環(huán)境及不同國(guó)家的教育現(xiàn)象有所認(rèn)識(shí)，為今后開(kāi)展相應(yīng)教育莫定基礎(chǔ)。

(二)規(guī)范的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)日本十分重視教師教育的實(shí)踐環(huán)節(jié)，在教育職員養(yǎng)成審議會(huì)的咨詢報(bào)告中，曾多次增加教育實(shí)習(xí)的比重和各類教師資格培訓(xùn)課程的教育實(shí)踐學(xué)分，并明確規(guī)定，要取得小學(xué)和初中教師的資格證書(shū)，必須取得5個(gè)教育實(shí)習(xí)學(xué)分，占課程學(xué)分總數(shù)的20％；要獲得高中教師資格，則必須取得3個(gè)教育實(shí)習(xí)學(xué)分，占課程學(xué)分總數(shù)的13％。在內(nèi)容上，已不局限于專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用，而更重視教師能力的測(cè)試、人品的考察、個(gè)性的評(píng)價(jià)，音、體、美、外語(yǔ)、計(jì)算機(jī)等技能水平的測(cè)驗(yàn)，以及處理教材、板書(shū)、編寫(xiě)教案、課堂教學(xué)等實(shí)際教學(xué)能力的考核。日本教師教育實(shí)踐時(shí)間一般為15周以上，其中見(jiàn)習(xí)時(shí)間一般在7周左右，實(shí)習(xí)時(shí)間一般在8周以上；主要采取分散式和連續(xù)式兩種方式進(jìn)行。分散式通常安排在學(xué)年末，主要進(jìn)行集中的強(qiáng)化式職業(yè)技能訓(xùn)練。連續(xù)式一般安排在學(xué)期末，依據(jù)課程內(nèi)容進(jìn)度進(jìn)行階段性的職業(yè)能力訓(xùn)練；日本愛(ài)知教育大學(xué)提出了“四年實(shí)習(xí)制度”，即由原來(lái)的在第三年為期五周的教育實(shí)習(xí)，改為由第一年為“體驗(yàn)實(shí)習(xí)”、第二年為“基礎(chǔ)實(shí)習(xí)”、第三年為“教育實(shí)習(xí)”、第四年為“研究實(shí)習(xí)”構(gòu)成的實(shí)踐教學(xué)體系，并相應(yīng)增加了教學(xué)實(shí)踐時(shí)間。

為確保實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，日本教師教育機(jī)構(gòu)十分重視與中小學(xué)實(shí)踐基地的交流與溝通，共同成立教師教育實(shí)訓(xùn)研究組織。高校研究者可以隨時(shí)深入中小學(xué)，及時(shí)了解中小學(xué)的需要；中小學(xué)也能及時(shí)得到高校信息或指導(dǎo)，共同提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量。在實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)上，注重評(píng)價(jià)的全面性，內(nèi)容上不僅評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)科專業(yè)知識(shí)，還對(duì)學(xué)生的教學(xué)組織、教學(xué)管理、教學(xué)創(chuàng)新等方面的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)；方法上不僅采用考試的辦法，還采取觀察、座談、測(cè)評(píng)等靈活的評(píng)價(jià)方法；結(jié)果是既有數(shù)量上的嚴(yán)格評(píng)判，又有文字上的定性描述。

(三)嚴(yán)格的教師資格認(rèn)證制度

教師資格認(rèn)證是教師專業(yè)化的重要體現(xiàn)，是教師教育質(zhì)量的重要保障。嚴(yán)格、科學(xué)的教師資格認(rèn)證是日本教師教育的又一特征。其主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是具有較高的教師任職標(biāo)準(zhǔn)。日本《教師許可法》對(duì)教師任職學(xué)歷作了明確的規(guī)定：中小學(xué)教師必須是大學(xué)畢業(yè)者，且要經(jīng)過(guò)國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的考試，合格者才能取得教師資格。1983年，日本《關(guān)于改善教員的培養(yǎng)和許可制度》對(duì)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(xué)、初中和聾啞校、盲校、養(yǎng)護(hù)學(xué)校的教師增設(shè)以“碩士學(xué)位”為基本資格的教師許可證，促進(jìn)了日本教師學(xué)歷層次的提高。二是建立了明晰的資格等級(jí)制度。20世紀(jì)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(shí)許可證”兩種。“普通許可證”又分小學(xué)教育、初中教育和高中教育三種，每一種又分為一級(jí)和二級(jí)。1983年日本首相中曾根在國(guó)會(huì)總選舉中提出“教育改革七條設(shè)想”，把教員許可證分為三種，即“標(biāo)準(zhǔn)許可證”、“初級(jí)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(shū)等級(jí)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(chǔ)是達(dá)到研究生院碩士課程結(jié)業(yè)程度，目的在于促使研究生院結(jié)業(yè)者任教，并鼓勵(lì)在職教師進(jìn)修?！耙环N許可證”的獲得要求是大學(xué)本科畢業(yè)者；“二種許可證”的獲得者要求必須是短期大學(xué)畢業(yè)者。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)適應(yīng)學(xué)校教育多樣化，新設(shè)“特別許可證”，目的在于招聘有社會(huì)經(jīng)驗(yàn)者任教，主要集中于小學(xué)音樂(lè)、圖畫(huà)、體育和高中電子計(jì)算機(jī)等課程。一種資格證書(shū)則是一種標(biāo)準(zhǔn)資格，二種資格證書(shū)的獲得者則必須不斷提高，方能獲得標(biāo)準(zhǔn)資格。這種清晰的資格層級(jí)制度，可以遴選出適合某一層級(jí)的優(yōu)秀教師，同時(shí)也激勵(lì)教師向高一層級(jí)努力。

二、日本教師教育對(duì)我國(guó)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(jīng)驗(yàn)，給我們以下啟示。

(一)重構(gòu)教師教育課程體系

重構(gòu)課程體系，就是對(duì)目前教師教育課程體系進(jìn)行革命性調(diào)整，從根本上改變以“老三門(mén)”為標(biāo)簽認(rèn)識(shí)教師教育的滯后理念，重新建構(gòu)教師教育的課程模塊及其運(yùn)行機(jī)制。要以系統(tǒng)的觀點(diǎn)，加強(qiáng)教師教育的獨(dú)立性思考，建議加快確立“教師教育”二級(jí)學(xué)科的地位，實(shí)施重點(diǎn)建設(shè)。借鑒日本教師教育的成功經(jīng)驗(yàn)，實(shí)施“寬、精、新、強(qiáng)”的改革應(yīng)成為目前教師教育課程改革的主要著力點(diǎn)。

寬，一是專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)寬，加快建立與學(xué)科內(nèi)容密切相通的基礎(chǔ)課程體系，培養(yǎng)學(xué)生寬厚的專業(yè)基礎(chǔ)。每個(gè)專業(yè)的建設(shè)要首先明確專業(yè)知識(shí)的構(gòu)成體系，厘清其間的內(nèi)在邏輯、主次關(guān)系，依次確立相應(yīng)的課程和內(nèi)容。二是綜合文化素質(zhì)課程涉獵要寬，對(duì)于理工類的學(xué)生要加強(qiáng)社會(huì)學(xué)、文化學(xué)的課程設(shè)置，對(duì)人文類學(xué)生要加強(qiáng)數(shù)學(xué)、科學(xué)學(xué)科等相關(guān)課程建設(shè)，做到文理相通、相容。

精，一是專業(yè)主干課程要精選，以構(gòu)成專業(yè)基礎(chǔ)的核心內(nèi)容為主線，重構(gòu)課程內(nèi)容，去除重復(fù)、交叉部分，精簡(jiǎn)課程門(mén)數(shù)，精選課程內(nèi)容；二是對(duì)于核心課程、重點(diǎn)內(nèi)容要做到教師精講、學(xué)生精練，“講”、“練”結(jié)合，把學(xué)科專業(yè)知識(shí)和教師必備的教學(xué)素養(yǎng)融會(huì)貫通。

新，即課程名稱與課程內(nèi)容要緊跟時(shí)展，要反應(yīng)學(xué)術(shù)研究的最新成果，陳舊過(guò)時(shí)、“正確廢話”的內(nèi)容要予以刪除。尤其是教師基本功的練習(xí)，在傳承傳統(tǒng)“三字一話”的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)代教育技術(shù)運(yùn)用技能的培養(yǎng)，充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)的教學(xué)促進(jìn)作用。

強(qiáng)，是指強(qiáng)化教師教育類課程設(shè)置，在優(yōu)化傳統(tǒng)教育類課程的基礎(chǔ)上，突出教師職業(yè)養(yǎng)成、職場(chǎng)中的職業(yè)道德、教師職業(yè)及其使命等課程的開(kāi)設(shè)，提高教師的專業(yè)綜合素養(yǎng)。

(二)加大實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)改革

一是調(diào)整實(shí)踐時(shí)間。目前我國(guó)教師專業(yè)技能實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)間一般在12學(xué)分，占總學(xué)分比重不足lO％，且集中在第七或第八學(xué)期。由于第七學(xué)期學(xué)生面臨考研、撰寫(xiě)畢業(yè)論文，第八學(xué)期學(xué)生要參加考研復(fù)試、就業(yè)等學(xué)生密切關(guān)注的事項(xiàng)，結(jié)果使應(yīng)有的實(shí)踐時(shí)間既得不到保障，也不能使學(xué)生安心實(shí)習(xí)，學(xué)生在實(shí)習(xí)中得不到真正的鍛煉，專業(yè)技能不能切實(shí)提高。學(xué)習(xí)日本的經(jīng)驗(yàn)，建議進(jìn)一步增加教師教育實(shí)踐環(huán)節(jié)比重，力爭(zhēng)使實(shí)踐環(huán)節(jié)學(xué)分達(dá)到總學(xué)分的15％左右，約20周。時(shí)間分布上采取分散與集中相結(jié)合的方式進(jìn)行，把實(shí)踐環(huán)節(jié)融入每個(gè)學(xué)期。

二是加強(qiáng)實(shí)踐基地建設(shè)。做好高校與實(shí)踐基地的協(xié)調(diào)與溝通，增強(qiáng)實(shí)踐的計(jì)劃性和目的性。把實(shí)踐基地建設(shè)納入教學(xué)基礎(chǔ)建設(shè)，堅(jiān)決消除“這是實(shí)習(xí)基地的事情”的偏頗認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)投入和溝通，多思考、多運(yùn)作。不斷加大實(shí)踐基地硬件投入，尤其是微格教室、教學(xué)研究室以及相關(guān)教學(xué)設(shè)備、場(chǎng)所的建設(shè)，搭建師生交流實(shí)踐教學(xué)體驗(yàn)的空間和平臺(tái)。

三是完善并落實(shí)好實(shí)習(xí)考評(píng)制度。學(xué)生教學(xué)實(shí)踐成效考核的主體理應(yīng)包括教師教育機(jī)構(gòu)的指導(dǎo)教師、實(shí)踐基地指導(dǎo)教師、實(shí)踐對(duì)象、實(shí)踐學(xué)生自身四大主體，而目前只是關(guān)注了前兩者的評(píng)價(jià)。實(shí)踐效果如何，應(yīng)該由實(shí)踐對(duì)象(實(shí)習(xí)基地的學(xué)生)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而在實(shí)踐考核制度上，該主體評(píng)價(jià)一直處于忽略狀態(tài)；同樣，實(shí)習(xí)學(xué)生的自我評(píng)價(jià)也沒(méi)有重視起來(lái)，學(xué)生主體反思沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用。完善多元化主體考核機(jī)制，加大考核的客觀性、規(guī)范性，抵制隨意性。

(三)修訂教師資格證書(shū)制度

一是提高任職教師的學(xué)歷要求。我國(guó)《教師法》規(guī)定，取得小學(xué)教師資格，應(yīng)當(dāng)具備中等師范學(xué)校畢業(yè)及其以上學(xué)歷；取得初級(jí)中學(xué)教師、初級(jí)職業(yè)學(xué)校文化、專業(yè)課教師資格，應(yīng)當(dāng)具備高等師范?？茖W(xué)校或者其他大學(xué)?？飘厴I(yè)及其以上學(xué)歷；取得高級(jí)中學(xué)教師資格和中等專業(yè)學(xué)校、技工學(xué)校、職業(yè)高中文化課、專業(yè)課教師資格，應(yīng)當(dāng)具備高等師范院校本科或者其他大學(xué)本科畢業(yè)及其以上學(xué)歷。值得肯定的是，《教師法》的頒布規(guī)范了教師資格認(rèn)證制度，對(duì)于提高教師學(xué)歷層次起到了很大的推進(jìn)作用。十多年來(lái)，隨著高等教育大眾化的推進(jìn)和三級(jí)教師教育制度向兩級(jí)教育制度的順利轉(zhuǎn)變，目前新任教師的學(xué)歷層次已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于法律規(guī)定。在學(xué)歷上要求上，《教師法》對(duì)教師任職資格的制約作用已經(jīng)不大；相反，由于較低的門(mén)檻，使部分臨學(xué)歷界值的人員占據(jù)了較多崗位，造成多數(shù)高學(xué)歷畢業(yè)生難以上崗。為此，加快修訂教師法，提高教師學(xué)歷的準(zhǔn)入條件，勢(shì)在必行。

二是明確教師實(shí)踐教學(xué)技能任職標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)《教師資格條例》對(duì)非師范院校畢業(yè)生從事教師職業(yè)，提出了進(jìn)行“面試和試講，考察其教育教學(xué)能力；”以及“補(bǔ)修教育學(xué)、心理學(xué)等課程”的要求，然而對(duì)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)歷和應(yīng)達(dá)到的學(xué)分和等級(jí)要求沒(méi)有做出明確的規(guī)定。在教師遴選上，實(shí)踐教學(xué)技能考核成為彈性最大的部分，公立學(xué)校比民辦學(xué)校更加明顯。學(xué)習(xí)日本的經(jīng)驗(yàn)，教師上崗以前，有必要增加“臨床”教學(xué)經(jīng)歷的考察內(nèi)容，強(qiáng)化教師職業(yè)的實(shí)踐生成性；對(duì)不具備教師任職條件的人員，不能進(jìn)人教師行列。