无线通信 - 卫星

卫星是一个围绕另一个物体旋转的物体。例如，地球是太阳的卫星，月球是地球的卫星。

通信卫星是空间中用于电信、广播和电视信号的微波中继站。通信卫星处理来自一个地球站的数据，并将数据转换为另一种形式并将其发送到第二个地球站。

卫星如何工作

地球上的两个电台想要通过无线电广播进行通信，但距离太远而无法使用传统方式。两个站可以使用中继站进行通信。一个地球站将信号传输到卫星。

上行频率是地面站与卫星通信的频率。卫星转发器转换信号并将其向下发送到第二个地球站，这称为下行频率。第二个地球站也以同样的方式与第一个地球站进行通信。

卫星通信的优点如下：

卫星通信的缺点如下：

卫星通信过程从地球站开始。这里的装置被设计用于从绕地球轨道上的卫星发送和接收信号。地球站以高功率、高频（GHz 范围）信号的形式向卫星发送信息。

卫星接收信号并将其转发回地球，由卫星覆盖区域内的其他地球站接收。卫星覆盖范围是从卫星接收有用强度信号的区域。

从地球站通过信道到卫星的传输系统称为上行链路。从卫星到地球站的系统通过的信道称为下行链路。

通常用于通信的卫星频段有C频段、Ku频段和Ka频段。C波段和Ku波段是当今卫星常用的频谱。

值得注意的是，频率和波长之间存在反比关系，即当频率增加时，波长减小，这有助于理解天线直径和传输频率之间的关系。需要更大的天线（卫星天线）来收集波长增加的信号。

卫星发射到太空后，需要被放置在一定的轨道上，为其公转提供特定的方式，以保持其可达性并服务于其科学、军事或商业目的。分配给卫星的相对于地球的此类轨道称为地球轨道。这些轨道上的卫星是地球轨道卫星。

重要的地球轨道类型是 -

地球同步地球轨道卫星是一颗放置在距地球 22,300 英里高度的卫星。该轨道与一侧真实日（即23小时56分钟）同步。该轨道可以有倾角和偏心率。它可能不是圆形的。该轨道可以在地球两极倾斜。但从地球上观察时，它看起来是静止的。

同样的地球同步轨道，如果是圆形且在赤道平面内，则称为地球静止轨道。这些卫星放置在地球赤道上方 35,900 公里（与地球同步同步）处，并且它们相对于地球方向（从西向东）持续旋转。这些卫星被认为相对于地球是静止的，因此顾名思义。

地球静止地球轨道卫星用于天气预报、卫星电视、卫星广播和其他类型的全球通信。

上图显示了地球同步轨道和地球静止轨道之间的差异。自转轴表示地球的运动。

这里要注意的要点是，每个地球静止轨道都是地球同步轨道。但每个地球同步轨道都不是地球静止轨道。

中地球轨道 (MEO) 卫星网络的轨道运行距离地球表面约 8000 英里。MEO 卫星传输的信号传输距离较短。这意味着接收端信号强度的提高。这表明接收端可以采用更小、更轻的接收终端。

由于信号往返卫星的距离较短，因此传输延迟较小。传输延迟可以定义为信号传输到卫星并返回到接收站所需的时间。

对于实时通信来说，传输延迟越短，通信系统越好。例如，如果 GEO 卫星需要 0.25 秒来完成一次往返，那么 MEO 卫星需要不到 0.1 秒来完成相同的行程。MEO 的工作频率范围为 2 GHz 及以上。

LEO卫星主要分为三类，即小型LEO、大型LEO和巨型LEO。LEO 的轨道运行距离距地球表面 500 至 1000 英里。

这种相对较短的距离将传输延迟降低至仅 0.05 秒。这进一步减少了对敏感且笨重的接收设备的需求。小型 LEO 将在 800 MHz (0.8 GHz) 范围内运行。Big LEO 将在 2 GHz 或以上范围内运行，而 Mega-LEO 将在 20-30 GHz 范围内运行。

与Mega-LEO相关的更高频率转化为更多的信息承载能力，并产生实时、低延迟视频传输方案的能力。

实验性 HALE 平台基本上是携带通信设备的高效轻型飞机。这将充当极低地球轨道地球同步卫星。

这些飞行器将由电池和太阳能或高效涡轮发动机的组合提供动力。HALE 平台将在仅 70,000 英尺的高度提供低于 0.001 秒的传输延迟，并且对于非常轻便的手持接收设备来说甚至可以提供更好的信号强度。

这里可能会出现一个问题，地球同步轨道上有200 多颗卫星，我们如何防止它们相互碰撞或试图使用太空中的同一位置？为了解决这个问题，国际电信联盟（ITU）等国际监管机构和联邦通信委员会（FCC）等国家政府组织指定了通信卫星在地球同步轨道上的位置。

这些位置以经度指定，称为轨道槽。由于对轨道槽位的巨大需求，FCC 和 ITU 已逐步将 C 波段和 Ku 波段卫星所需的间距降至仅 2 度。