通信卫星的工作原理有哪些？

利用卫星" target="_blank">通信卫星和广播卫星传输广播电视节目是卫星应用技术的重大发展。那么，通信卫星是怎样工作的呢?

卫星通信系统是由空间部分——通信卫星和地面部分——通信地面站两大部分构成的。在这一系统中，通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。它居高临下，视野开阔，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信，通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。

通信卫星工作的基本原理如图所示。从地面站1发出无线电信号，这个微弱的信号被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，最后再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。举一个简单的例子：如北京市某用户要通过卫星与大洋彼岸的另一用户打电话，先要通过长途电话局，由它把用户电话线路与卫星通信系统中的北京地面站连通，地面站把电话信号发射到卫星，卫星接到这个信号后通过功率放大器，将信号放大再转发到大西洋彼岸的地面站，地面站把电话信号取出来，送到受话人所在的城市长途电话局转接用户。

电视节目的转播与电话传输相似。但是由于各国的电视制式标准不一样，在接收设备中还要有相应的制式转换设备，将电视信号转换为本国标准。电报、传真、广播、数据传输等业务也与电话传输过程相似，不同的是需要在地面站中采用相应的终端设备。

随着航天技术日新月异的发展，通信卫星的种类也越来越多。按服务区域划分，有全球、区域和国内通信卫星。按用途分，有一般通信卫星、广播卫星、海事卫星、跟踪和数据中继卫星以及各种军用卫星。

天地通信的基本概念 天地通信(Earth-SpaceCommunication)是指空间飞行器与地面测控站之间的通信。天地通信包括空间飞行器通信分系统和地面测控站通信分系统，其主要功能是完成空间飞行器的遥测与遥控信息、视频图像信息、天地话音信息以及空间飞行器定位信息数据和定位示位标信息等的传输。天地通信有地基网和天基网两种形式。地基网是基于陆地布设测控通信站的通信网络，而天基网是相对于地基网而言的，是把地基测控通信站搬到太空中，由太空俯视空间飞行器的通信网络。

地基站由陆上固定站、陆上车载站、海上船载站和空中机载站组成;天基站由中继卫星或导航卫星和地面通信站组成。通常，地基网受布站数量的限制，通信覆盖率比较低，而天基网由于采用高轨道中继卫星或导航卫星实现空间飞行器与地面通信，所以天基网的通信覆盖率远大于地基网的通信覆盖率。-天地通信目前釆用Ka、Ku、C、S、L、VHF和HF等频段设备团。2.2.2 卫星应急通信技术1.语音编码 随着数字通信技术的发展，语音数字化编码技术得到了迅速发展。20世纪60年代国际电报电话咨询委员会(CCITT)制定了第1个语音数字化编码标准，即A律或卩律脉冲编码调制(PCM)的G.711标准。此后研究开发了多种压缩编码技术，并形成了以波形匹配为目标的波形编码，主要有PCM、增量调制(DM)和自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)和以追求人的感知效果(即追求解码语音的可懂度和清晰度)为目标的参量编码(主要有线性预测编码(LPC)和多带激励编码(MBE)两大体系),另外还有介于波形编码与参量编码之间的混合编码方式，如码激励线性预测编码(CELP)等。 不同的编码方式具有不同的比特传输速率。比特传输速率越低，所需要的信道带宽就越小。卫星通信系统的信道带宽极其有限，而且卫星通信系统的信道还很昂贵，因此系统倾向于选用较低速率的语音编码方式。但当编码速率低到一定程度时，语音质量将明显下降，其恶化程度与编码方式有关。 卫星通信对语音编码具有一定的要求。 (1)编码速率低，编码速率一般为1.2〜9.6Kbit/s。

(2)在一定编码速率下话音质量尽可能高。 (3)编解码时延应较短，控制在几十毫秒内。1)波形编码 波形编码首先对语音波形进行抽样、量化，然后用二进制进行编码，其基本设想是尽可能保持语音波形不失真。这类方法有PCM、DM和ADPCM等。 最常见的语音编码方法是PCMo它按8kHz抽样，每个样值依A律或卩律的对数压扩规律编为八位二进制码，因此编码后的传输速率为64Kbit/s。 ADPCM是PCM的改进方式，为了克服PCM方式编码后传输速率过高的缺点，ADPCM对输入信号和预测信号的差值进行量化并编码(而PCM是对每个抽样值的绝对值进行量化并编码)，从而消除了信号的部分冗余度，降低了编码信号的传输速率。其中预测器和量化器的参数能根据输入信号的统计特性自适应地调整到最佳或接近最佳状态，使ADPCM在釆用32Kbit/s的传输速率时，能达到与PCM采用64Kbit/s的传输速率时近乎相等的通话质量。 波形编码器结构较简单，没有充分利用语音信号的冗余特性，只有在较高速率上才能得到满意的语音质量。而当编码速率降低到16Kbit/s以下时，编码语音质量迅速下降，因此不适用于移动通信。2)参量编码 为了克服波形编码信号速率高、占用频带宽的缺点，提出了参量编码概念。参量编码仅仅对反映语音信号特征的参量进行编码并传输，而不对语音信号的时域波形进行编码，从而大大降低了编码信号的速率。 典型的参量编码是LPCo虽然LPC的指标不能很好地满足数字移动通信系统的要求，但它包含了参量编码的基本概念，也是低速率数字语音编码技术的发展基础。目前,在数字移动通信中釆用的几种高质量低速率的语音编码，都是LPC的改进型。 利用线性预测技术对语音进行分析合成的系统称为LPC声码器。在经典的LPC声码器中，发送端将提取语音的线性预测系数、基音周期、清浊音判决信息以及增益参数,然后进行量化编码;在接收端则利用线性预测语音产生模型来恢复原始语音。LPC声码器速率范围为2.4〜4.8Kbit/s,属于低速率压缩编码，所以语音质量不是太令人满意。因此，在卫星通信系统中应用较少。LPC语音编码和解码技术原理框图如图2.4所示。

什么是卫星通信?

使用绕地球轨道上的通信卫星从一个地方到另一个地方交换信息或消息称为卫星通信。它是一种人造卫星，通过在地球不同位置的发射器和接收器之间创建通道，通过应答器传输信号。结果，它打开了不同区域之间的各种交互通道，这些区域由于距离和障碍物而无法相互通信。

电话、广播、电视、军事应用等许多行业都在使用卫星通信来传输信息。毫无疑问，有2000颗卫星在我们头顶的太空中飞驰。

此外，印度最大的国内通信系统之一是印度国家卫星(INSAT)。它被放置在地球静止轨道上。INSAT运行多个转发器，提供各种功能，包括电信，天气预报，电视广播等。

卫星的类型

对卫星通信的需求对于在整个曲率上传输信号变得很重要。为了传输这些信号，卫星通信使用两种类型的人造卫星：

无源卫星：

无源卫星

无源卫星是第一种通过放大将信号反射回地球的通信卫星形式。举例来说，想象一下将一个涂有金属材料的氢气球发射到天空中。这种巧妙的方法将气球转变为无源卫星，有效地利用了其技术能力。

注：卫星轨道可跨度2000至35786公里，大气衰减显著影响信号的发射和接收。

有源卫星：

有源卫星的目的是通过在将信号传回地球之前放大传输信号来增强传输信号。这确保了在传输信号时出色的信号强度。

随着新技术的出现，许多行业正在使用这些形式的卫星来转换信号。

注意：每个用户都分配了一个特定的传输频率，以避免丢失信号。这种频率分配由国际电信联盟完成。

卫星通信如何实现?

通信是指将数据从一个发送方传输到接收方(接收方将响应)。这种沟通方式只能通过使用任何媒介来实现。

可以通过不同的方式进行通信：

在光学系统中使用光。

无线电信号在通信系统中的通信比例。

电信用于通过信号进行通信。

卫星通信服务

卫星充当轨道上的中继站，接收来自地面站的信号并将其重新传输到地球上的其他地方。卫星通信使用两种类型的服务来传输信号：

单向卫星通信

双向卫星通信

卫星通信的类型

卫星通信使用三种类型的卫星进行无缝和无线通信：

固定卫星

固定卫星有助于通过地球表面的永久点向全世界传输数据。

移动卫星

移动卫星用于连接飞机和偏远地区的船只。

研究卫星

研究卫星为研究人员提供了不同的研究方法。卫星使用研究卫星系统收集所需的数据。

卫星通信如何工作?

通信卫星与太空中的任何其他空间镜相同。它通过互联网数据、广播和电视将信号从地球的一侧反弹到另一侧。卫星通信的工作包括三个阶段：

上行

转发器

下行

沟通流程：

卫星布置在太空中，通过使用天线将信号从地球的一侧传输到另一侧。此阶段称为上行链路。

这些信号以最佳电平即兴创作，然后通过应答器再次传输回地球。应答器增强输入信号并改变其频率，因此不应更改输出信号。

在最后一个过程中，地球站将数据发送到地球上接收器的另一端。此阶段涉及一个上行链路和多个下行链路。

因此，通过卫星进行通信有助于从地球传输信号，然后传回地球。