通信衛(wèi)星的工作原理有哪些？

利用衛(wèi)星" target="_blank">通信衛(wèi)星和廣播衛(wèi)星傳輸廣播電視節(jié)目是衛(wèi)星應用技術(shù)的重大發(fā)展。那么，通信衛(wèi)星是怎樣工作的呢?

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間部分——通信衛(wèi)星和地面部分——通信地面站兩大部分構(gòu)成的。在這一系統(tǒng)中，通信衛(wèi)星實際上就是一個懸掛在空中的通信中繼站。它居高臨下，視野開闊，只要在它的覆蓋照射區(qū)以內(nèi)，不論距離遠近都可以通信，通過它轉(zhuǎn)發(fā)和反射電報、電視、廣播和數(shù)據(jù)等無線信號。

通信衛(wèi)星工作的基本原理如圖所示。從地面站1發(fā)出無線電信號，這個微弱的信號被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉(zhuǎn)發(fā)器中進行放大，變頻和功率放大，最后再由衛(wèi)星的通信天線把放大后的無線電波重新發(fā)向地面站2，從而實現(xiàn)兩個地面站或多個地面站的遠距離通信。舉一個簡單的例子：如北京市某用戶要通過衛(wèi)星與大洋彼岸的另一用戶打電話，先要通過長途電話局，由它把用戶電話線路與衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的北京地面站連通，地面站把電話信號發(fā)射到衛(wèi)星，衛(wèi)星接到這個信號后通過功率放大器，將信號放大再轉(zhuǎn)發(fā)到大西洋彼岸的地面站，地面站把電話信號取出來，送到受話人所在的城市長途電話局轉(zhuǎn)接用戶。

電視節(jié)目的轉(zhuǎn)播與電話傳輸相似。但是由于各國的電視制式標準不一樣，在接收設(shè)備中還要有相應的制式轉(zhuǎn)換設(shè)備，將電視信號轉(zhuǎn)換為本國標準。電報、傳真、廣播、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)也與電話傳輸過程相似，不同的是需要在地面站中采用相應的終端設(shè)備。

隨著航天技術(shù)日新月異的發(fā)展，通信衛(wèi)星的種類也越來越多。按服務(wù)區(qū)域劃分，有全球、區(qū)域和國內(nèi)通信衛(wèi)星。按用途分，有一般通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、海事衛(wèi)星、跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星以及各種軍用衛(wèi)星。

天地通信的基本概念 天地通信(Earth-SpaceCommunication)是指空間飛行器與地面測控站之間的通信。天地通信包括空間飛行器通信分系統(tǒng)和地面測控站通信分系統(tǒng)，其主要功能是完成空間飛行器的遙測與遙控信息、視頻圖像信息、天地話音信息以及空間飛行器定位信息數(shù)據(jù)和定位示位標信息等的傳輸。天地通信有地基網(wǎng)和天基網(wǎng)兩種形式。地基網(wǎng)是基于陸地布設(shè)測控通信站的通信網(wǎng)絡(luò)，而天基網(wǎng)是相對于地基網(wǎng)而言的，是把地基測控通信站搬到太空中，由太空俯視空間飛行器的通信網(wǎng)絡(luò)。

地基站由陸上固定站、陸上車載站、海上船載站和空中機載站組成;天基站由中繼衛(wèi)星或?qū)Ш叫l(wèi)星和地面通信站組成。通常，地基網(wǎng)受布站數(shù)量的限制，通信覆蓋率比較低，而天基網(wǎng)由于采用高軌道中繼衛(wèi)星或?qū)Ш叫l(wèi)星實現(xiàn)空間飛行器與地面通信，所以天基網(wǎng)的通信覆蓋率遠大于地基網(wǎng)的通信覆蓋率。-天地通信目前釆用Ka、Ku、C、S、L、VHF和HF等頻段設(shè)備團。2.2.2 衛(wèi)星應急通信技術(shù)1.語音編碼 隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，語音數(shù)字化編碼技術(shù)得到了迅速發(fā)展。20世紀60年代國際電報電話咨詢委員會(CCITT)制定了第1個語音數(shù)字化編碼標準，即A律或卩律脈沖編碼調(diào)制(PCM)的G.711標準。此后研究開發(fā)了多種壓縮編碼技術(shù)，并形成了以波形匹配為目標的波形編碼，主要有PCM、增量調(diào)制(DM)和自適應差分脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)和以追求人的感知效果(即追求解碼語音的可懂度和清晰度)為目標的參量編碼(主要有線性預測編碼(LPC)和多帶激勵編碼(MBE)兩大體系),另外還有介于波形編碼與參量編碼之間的混合編碼方式，如碼激勵線性預測編碼(CELP)等。 不同的編碼方式具有不同的比特傳輸速率。比特傳輸速率越低，所需要的信道帶寬就越小。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道帶寬極其有限，而且衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信道還很昂貴，因此系統(tǒng)傾向于選用較低速率的語音編碼方式。但當編碼速率低到一定程度時，語音質(zhì)量將明顯下降，其惡化程度與編碼方式有關(guān)。 衛(wèi)星通信對語音編碼具有一定的要求。 (1)編碼速率低，編碼速率一般為1.2?9.6Kbit/s。

(2)在一定編碼速率下話音質(zhì)量盡可能高。 (3)編解碼時延應較短，控制在幾十毫秒內(nèi)。1)波形編碼 波形編碼首先對語音波形進行抽樣、量化，然后用二進制進行編碼，其基本設(shè)想是盡可能保持語音波形不失真。這類方法有PCM、DM和ADPCM等。 最常見的語音編碼方法是PCMo它按8kHz抽樣，每個樣值依A律或卩律的對數(shù)壓擴規(guī)律編為八位二進制碼，因此編碼后的傳輸速率為64Kbit/s。 ADPCM是PCM的改進方式，為了克服PCM方式編碼后傳輸速率過高的缺點，ADPCM對輸入信號和預測信號的差值進行量化并編碼(而PCM是對每個抽樣值的絕對值進行量化并編碼)，從而消除了信號的部分冗余度，降低了編碼信號的傳輸速率。其中預測器和量化器的參數(shù)能根據(jù)輸入信號的統(tǒng)計特性自適應地調(diào)整到最佳或接近最佳狀態(tài)，使ADPCM在釆用32Kbit/s的傳輸速率時，能達到與PCM采用64Kbit/s的傳輸速率時近乎相等的通話質(zhì)量。 波形編碼器結(jié)構(gòu)較簡單，沒有充分利用語音信號的冗余特性，只有在較高速率上才能得到滿意的語音質(zhì)量。而當編碼速率降低到16Kbit/s以下時，編碼語音質(zhì)量迅速下降，因此不適用于移動通信。2)參量編碼 為了克服波形編碼信號速率高、占用頻帶寬的缺點，提出了參量編碼概念。參量編碼僅僅對反映語音信號特征的參量進行編碼并傳輸，而不對語音信號的時域波形進行編碼，從而大大降低了編碼信號的速率。 典型的參量編碼是LPCo雖然LPC的指標不能很好地滿足數(shù)字移動通信系統(tǒng)的要求，但它包含了參量編碼的基本概念，也是低速率數(shù)字語音編碼技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。目前,在數(shù)字移動通信中釆用的幾種高質(zhì)量低速率的語音編碼，都是LPC的改進型。 利用線性預測技術(shù)對語音進行分析合成的系統(tǒng)稱為LPC聲碼器。在經(jīng)典的LPC聲碼器中，發(fā)送端將提取語音的線性預測系數(shù)、基音周期、清濁音判決信息以及增益參數(shù),然后進行量化編碼;在接收端則利用線性預測語音產(chǎn)生模型來恢復原始語音。LPC聲碼器速率范圍為2.4?4.8Kbit/s,屬于低速率壓縮編碼，所以語音質(zhì)量不是太令人滿意。因此，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中應用較少。LPC語音編碼和解碼技術(shù)原理框圖如圖2.4所示。

什么是衛(wèi)星通信?

使用繞地球軌道上的通信衛(wèi)星從一個地方到另一個地方交換信息或消息稱為衛(wèi)星通信。它是一種人造衛(wèi)星，通過在地球不同位置的發(fā)射器和接收器之間創(chuàng)建通道，通過應答器傳輸信號。結(jié)果，它打開了不同區(qū)域之間的各種交互通道，這些區(qū)域由于距離和障礙物而無法相互通信。

電話、廣播、電視、軍事應用等許多行業(yè)都在使用衛(wèi)星通信來傳輸信息。毫無疑問，有2000顆衛(wèi)星在我們頭頂?shù)奶罩酗w馳。

此外，印度最大的國內(nèi)通信系統(tǒng)之一是印度國家衛(wèi)星(INSAT)。它被放置在地球靜止軌道上。INSAT運行多個轉(zhuǎn)發(fā)器，提供各種功能，包括電信，天氣預報，電視廣播等。

衛(wèi)星的類型

對衛(wèi)星通信的需求對于在整個曲率上傳輸信號變得很重要。為了傳輸這些信號，衛(wèi)星通信使用兩種類型的人造衛(wèi)星：

無源衛(wèi)星：

無源衛(wèi)星

無源衛(wèi)星是第一種通過放大將信號反射回地球的通信衛(wèi)星形式。舉例來說，想象一下將一個涂有金屬材料的氫氣球發(fā)射到天空中。這種巧妙的方法將氣球轉(zhuǎn)變?yōu)闊o源衛(wèi)星，有效地利用了其技術(shù)能力。

注：衛(wèi)星軌道可跨度2000至35786公里，大氣衰減顯著影響信號的發(fā)射和接收。

有源衛(wèi)星：

有源衛(wèi)星的目的是通過在將信號傳回地球之前放大傳輸信號來增強傳輸信號。這確保了在傳輸信號時出色的信號強度。

隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，許多行業(yè)正在使用這些形式的衛(wèi)星來轉(zhuǎn)換信號。

注意：每個用戶都分配了一個特定的傳輸頻率，以避免丟失信號。這種頻率分配由國際電信聯(lián)盟完成。

衛(wèi)星通信如何實現(xiàn)?

通信是指將數(shù)據(jù)從一個發(fā)送方傳輸?shù)浇邮辗?接收方將響應)。這種溝通方式只能通過使用任何媒介來實現(xiàn)。

可以通過不同的方式進行通信：

在光學系統(tǒng)中使用光。

無線電信號在通信系統(tǒng)中的通信比例。

電信用于通過信號進行通信。

衛(wèi)星通信服務(wù)

衛(wèi)星充當軌道上的中繼站，接收來自地面站的信號并將其重新傳輸?shù)降厍蛏系钠渌胤?。衛(wèi)星通信使用兩種類型的服務(wù)來傳輸信號：

單向衛(wèi)星通信

雙向衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信的類型

衛(wèi)星通信使用三種類型的衛(wèi)星進行無縫和無線通信：

固定衛(wèi)星

固定衛(wèi)星有助于通過地球表面的永久點向全世界傳輸數(shù)據(jù)。

移動衛(wèi)星

移動衛(wèi)星用于連接飛機和偏遠地區(qū)的船只。

研究衛(wèi)星

研究衛(wèi)星為研究人員提供了不同的研究方法。衛(wèi)星使用研究衛(wèi)星系統(tǒng)收集所需的數(shù)據(jù)。

衛(wèi)星通信如何工作?

通信衛(wèi)星與太空中的任何其他空間鏡相同。它通過互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、廣播和電視將信號從地球的一側(cè)反彈到另一側(cè)。衛(wèi)星通信的工作包括三個階段：

上行

轉(zhuǎn)發(fā)器

下行

溝通流程：

衛(wèi)星布置在太空中，通過使用天線將信號從地球的一側(cè)傳輸?shù)搅硪粋?cè)。此階段稱為上行鏈路。

這些信號以最佳電平即興創(chuàng)作，然后通過應答器再次傳輸回地球。應答器增強輸入信號并改變其頻率，因此不應更改輸出信號。

在最后一個過程中，地球站將數(shù)據(jù)發(fā)送到地球上接收器的另一端。此階段涉及一個上行鏈路和多個下行鏈路。

因此，通過衛(wèi)星進行通信有助于從地球傳輸信號，然后傳回地球。