衛星通信系統是一種利用人造衛星作為中繼器來傳輸通信信號的系統。它通過將信號從地面站點發送到衛星，再從衛星轉發到目標地點，實現遠距離的通信。衛星通信系統具有覆蓋范圍大，高帶寬，通信距離遠，用途廣等多種優點。衛星通信在通信，導航，遙感等領域發揮著重要作用。
衛星通信系統的構成包括地面設備（包括發射站和接收站）、衛星和衛星上的通信設備。發射站通過指向衛星并發送信號，衛星再將信號轉發到接收站，完成通信鏈路。衛星通信系統使用不同的頻段和協議，如微波、Ka頻段、Ku頻段等，以滿足不同應用的需求。
簡介
衛星通信系統是一種利用人造衛星作為中繼器來傳輸通信信號的系統。它通過將信號從地面站點發送到衛星，再從衛星轉發到目標地點，實現遠距離的通信。衛星通信在通信，導航，遙感等領域發揮著重要作用。
衛星通信系統由三個主要組成部分構成：
衛星通信系統具有以下優勢：
衛星分類
軌道高度分類
1.1、低軌道衛星通信系統(LEO)
低軌道衛星通信系統（Low 地球 Orbit, LEO）是一種利用位于地球低軌道的衛星進行通信的系統。這些衛星通常位于地球表面上方約500到2000公里的高度，相對于傳統的地球同步軌道衛星而言，它們的軌道更接近地球表面。低軌道衛星通信系統具有較低的信號延遲、更高的帶寬、靈活性和抗干擾能力強等優點。然而，它也面臨高成本和復雜性、頻繁的衛星切換、對基礎設施要求高以及有限的覆蓋能力等挑戰。隨著技術的進步和成本的降低，LEO衛星通信系統在未來有望得到更廣泛的應用。
優點
缺點
1.2、中軌道衛星通信系統(MEO)
中軌道衛星通信系統（Medium 地球 Orbit, MEO）是一種利用位于地球中等軌道高度的衛星進行通信的系統。這些衛星通常位于地球表面上方約8,000到20,000公里的高度，介于低軌道衛星和地球同步軌道衛星之間。中軌道衛星通信系統具有中等的信號延遲、較大的覆蓋范圍、較低的系統成本和較強的抗干擾能力等優點。然而，該系統仍然存在一些缺點，包括中等的信號延遲、有限的帶寬和容量、對基礎設施要求較高以及運維復雜性等。根據具體的應用需求和環境條件，選擇適合的衛星通信系統是非常重要的。
優點
缺點
1.3、高軌道衛星通信系統(GEO)
高軌道衛星通信系統（Geostationary 地球 Orbit, GEO）是一種利用位于地球同步軌道高度的衛星進行通信的系統。這些衛星通常位于地球表面上方約35,786公里的高度，與地球的自轉速度相匹配，使得衛星能夠保持相對于地球表面的固定位置。高軌道衛星通信系統具有廣域覆蓋、穩定通信連接、較大的帶寬和容量以及相對穩定的信號質量等優點。然而，它也面臨高信號延遲、抗干擾能力較弱、較高的系統成本和有限的頻譜資源等挑戰。根據具體的應用需求和環境條件，選擇適合的衛星通信系統是非常重要的。
優點：
缺點：
工作用途分類
按衛星用途分類，可分為通信、廣播、教育、氣象、資源、科研、軍事、導航定位等類型。
衛星質量分類
按衛星軌道分類，可分為下列3種
衛星通信業務與頻率
衛星通信業務
國際電信聯盟(以下簡稱ITU)定義了3種衛星通信業務類型
1.廣播業務：廣播業務是指通過衛星傳輸廣播信號，覆蓋廣泛的地理區域，供大量用戶收聽或觀看。這包括衛星電視廣播和衛星廣播兩種形式。
2.固定業務：固定業務是指利用衛星進行固定通信的服務，主要用于提供長距離的點對點通信連接。這種業務類型適用于企業、政府機構、軍事組織等需要遠程通信的機構。
3.移動業務：移動業務是指利用衛星進行移動通信的服務，主要用于提供移動用戶的通信需求，如海上通信、航空通信和陸地移動通信等。
衛星通信頻段劃分
參考資料：
衛星通信頻率分配
衛星通信頻率分配是在國際電信聯盟（ITU）的指導下進行的，旨在確保全球范圍內衛星通信系統之間的頻譜使用協調和互操作性。衛星通信頻率分配的目標是確保不同衛星通信系統之間的頻譜使用協調和互操作性，以實現全球范圍內的衛星通信服務。ITU在頻譜規劃和頻段劃分方面的指導和規范起到了重要的作用，促進了衛星通信技術的發展和應用。
固定衛星業務（Fixed Satellite Service，FSS）
移動衛星業務（Mobile Satellite Service，MSS）
廣播衛星業務（Broadcasting Satellite Service，BSS）
寬帶衛星業務（Broadband Satellite Service，BSS）
特點
優點
缺點
歷史發展
歷史發展
1945年10月，英國科學家亞瑟·克拉克發表文章，提出利用同步衛星進行全球無線電通信的科學設想。最初是利用月球反射進行探索試驗，證明可以通信。但由于回波信號太弱、時延長、提供通信時間短、帶寬窄、失真大等缺點，因此沒有持續發展。直到1957年10月，第一顆人造地球衛星上天后，衛星通信的試驗很快轉入利用人造地球衛星試驗的階段，主要測試項目是有源、無源衛星試驗和各種不同軌道的衛星試驗。通過實驗人們發現無源衛星缺點非常大。主要缺點是要求地面大功率發射和高靈敏接收，通信質量差，不宜寬帶通信，衛星反射體面積大且受流星撞擊干擾，衛星只能是低軌道等。由于無源衛星缺點非常大，所以在1964年后，無源衛星試驗宣告終止。而相比于無源衛星，通過對各種軌道高度的有源通信衛星的試驗。證明高軌道特別是同步靜止軌道對于遠距離、大容量、高質量通信最為有利。所以，對有源通信衛星的試驗及試用逐步集中到同步軌道衛星方面。
1964年，國際通信衛星組織英特爾SAT成立。相繼發射了IS-I、ISⅡ、ISⅢ通信衛星。一些國家建成了一批地球站，初步構成了國際衛星通信網絡，開始國際衛星通信業務。但是受限于當時的技術條件，地球站建設耗資非常巨大。1972年，加拿大首次發射了國內通信衛星“anik”，率先開展了國內衛星通信業務，并嘗試使用21m、18m、10m等較小口徑天線建設地球站。這一舉動使得地球站向著小型化發展并且投資消耗也會減少，同年還出現了海事衛星通信系統，通過大型岸上地球站轉接，為海運船只提供了通信服務。
20世紀80年代，VSAT衛星通信系統問世，衛星通信進入突破性的發展階段。VSAT是集通信、電子計算機技術為一體的固態化、智能化小型無人值守地球站。一般C頻段VSAT站的天線口徑約3M公司，Ku頻段為1.8m、1.2m或更小。可以把這種小站建在樓頂上或就近的地方而直接為用戶服務。VSAT技術的發展，為大量專業衛星通信網的發展創造了條件，開創了衛星通信應用發展的新局面。
發展趨勢
隨著科技的不斷進步和發展，衛星通信系統也在不斷升級和完善。例如，華為、蘋果公司等主流手機廠商正在加速擁抱衛星通信領域，這意味著屬于“智能手機+衛星通信”的新興賽道已經鋪就。預計在不久的將來，衛星通信系統將與地面通信系統更加融合，提供更加高效、可靠、全球覆蓋的通信服務。《中國聯通空天地一體化通信網絡白皮書》指出，“空天地一體化通信網絡是未來6G網絡的重要發展趨勢，目前正處于發展初期”。推動衛星物聯網成熟落地、加快衛星物聯網與5G網絡融合發展，將成為建設空天地一體化信息網絡的關鍵抓手。未來，衛星物聯網與地面LPWAN的互補合作、融合發展，有望成為物聯網服務的主力之一，將為更多客戶在更廣地域范圍內提供優質低價連接服務。?
成功案例
凡是通過移動的衛星和固定的終端、固定的衛星和移動的終端或二者均移動的通信，均稱為衛星移動通信系統。從20世紀80年代開始，西方很多公司開始意識到未來覆蓋全球、面向個人的無縫隙通信，即所謂的個人通信全球化，即5W{Whoever（任何人）\Wherever（任何地點）\Whenever（任何時間）\Whomever（任何人）\Whatever，（采用任何方式）}的巨大需求，相繼發展以中、低軌道的衛星星座系統為空中轉接平臺的衛星移動通信系統，開展衛星移動電話、衛星直播/衛星數字音頻廣播、互聯網接入以及高速、寬帶多媒體接入等業務。至上世紀90年代，已建成并投入應用的主要有：銥星(銥)系統、Globalstar系統、ORBCONN系統、信使系統(俄羅斯)等。以下給出其中幾種成功案例。
銥星系統
星系統是美國摩托羅拉(Motorola)于1987年提出的低軌道(LEO)全球個人衛星移動通信系統。依星一代系統于1990年5月25日提出,1996年開始發射1998年11月1日正式向用戶提供服務。星二代系統原計劃于2015年發射。它與現有通信網結合,可實現全球數字化個人通信。該系統原設計為77顆小型衛星分別圍繞7個極地圓軌道運行，因衛星數與(Ir)原子的電子數相同而得名。后來改為66顆低軌道衛星圍繞6個780km左右的極地圓軌道運行，但是并沒有更換名稱。每個軌道平面分布11顆在軌運行衛星及1顆備用衛星，每顆衛星約重689kg,行周期為100min28s。
Globalstar系統
Globalstar系統是由美國LQSS公司（Loral Qualcomm Satellite Service）于1991年6月提出的低軌道衛星移動通信系統。該系統的空間段包括8個軌道平面，每個平面分布48顆衛星，衛星高度為1389km，軌道傾角為52度。每個衛星發射6個點波束，可以覆蓋一個國家或地區。地面段包括關口站、衛星控制中心和網絡控制中心。關口站與網絡控制中心相連，同時與其他地面網相連，負責與地面天線系統的接口，使系統用戶能與PSTN/PLMN中的任意用戶通信。在用戶至衛星的鏈路和衛星至關口的鏈路采用CDMA多址方式。該系統以低成本、高可靠的系統設計為主要特點，一個關口站可以與3顆衛星同時通信，呼叫的建立和處理都在此完成。此外，手持機的平均功率只有1W，遠低于美國對微波輻射生物公害的限定。由于采用多端放大器可以自動把用戶分配給各波束，也可以把用戶集中到一個波束上，這對用戶分布不均勻的通信和救災通信特別有用。
全球通信
ICO衛星通信系統是一個全球性的衛星通信系統，它使用低軌道衛星來提供通信服務。這個系統最初是由Inmarsat（國際海事衛星組織）于1990年提出的，名為Inmarsat-P系統。該系統計劃向全球各地的用戶提供手持移動通信業務，包括海上用戶、偏僻地區的固定用戶和移動用戶，以及用于車輛跟蹤、交通管理、軍事和救援目的的用戶。
ICO系統的空間段由在高度10355km軌道運行的10顆主用衛星、2顆備用衛星及相關控制設備組成。這些衛星覆蓋了全球范圍內的用戶，并能夠提供各種通信服務，包括數字語音、數據通信、FAX通信和尋呼等業務。用戶可以通過類似蜂窩電話的手持終端以及車載和小型半固定終端與視線內的衛星建立通信鏈路。
在早期的計劃中，Inmarsat-P系統的業務主要是面向海上用戶的，但后來該系統的應用范圍逐漸擴大到其他領域，如偏遠地區的固定和移動用戶、車輛跟蹤和交通管理等。自1995年ICO全球通信公司成立至今，該系統的業務已經能夠實現越洋的全球手持衛星話音通信以及數據、尋呼、定位等業務。
Ellips0系統
Ellips0衛星通信系統是一種獨特的混合軌道星座，由美國移動通信控股公司設計。該系統使用17顆衛星便能實現全球覆蓋，比銥系統和Globalstar系統的衛星數量要少得多。
Ellips0系統由兩個規則的子星座組成，分別是Borealis和Concordia。Borealis由10顆衛星組成，部署在兩條橢圓軌道上，軌道近地點為632km，遠地點為7604km。Concordia由7顆衛星組成，部署在一條高度為8050km的赤道軌道上。這種混合軌道星座的設計使得該系統能夠在全球范圍內提供移動電話業務，并且能夠覆蓋包括北半球和南半球的中低緯度地區。
Orbcomm系統
Orbcomm衛星通信系統是一種全球性衛星移動通信系統，由36顆小衛星及地面部分組成。該系統最初由美國國防部投資建設，后來被商業化并成為了一個公共和私人部門合作的項目。Orbcomm系統的衛星網絡由36顆衛星組成，其中28顆衛星部署在6個軌道平面上，每個軌道平面有4顆衛星，軌道高度為775km。另外8顆衛星為備份，用于在出現故障或損壞時替換。這些衛星覆蓋了全球范圍內的任何位置，并能夠提供雙向數據通信服務。
地面部分包括地面信關站、網絡控制中心和地面終端設施。地面信關站負責將衛星信號轉換為電話信號或數據信號，并與其他通信網絡進行互操作。網絡控制中心負責監控和管理整個衛星網絡，包括衛星的軌道位置、信號強度等。地面終端設施則包括用戶終端設備、計算機和其他相關設備。
Orbcomm系統的用戶終端設備體積小、重量輕，便于攜帶和使用。該系統不僅能夠提供全球范圍內的數據傳輸服務，還具有高可靠性，能夠在惡劣環境下提供通信服務。同時，該系統的投資成本相對較低，這也使其在某些領域具有一定的優勢。
Teledesic系統
Teledesic由美國McCaw移動通信公司、微軟、Motorola和波音公司共同發起和開發，總投資約為90億美元。Teledesic采用極低軌道的衛星系統，具備復雜的技術和衛星構造，提供高速率的寬帶接入服務。該系統的星座由288顆低軌道衛星組成，分為12個道平面，每個平面有24顆衛星，軌道高度為1400公里，衛星之間采用快速分組交換。Teledesic系統可同時為上百萬用戶提供光纖質量般的服務，并能按需分配帶寬。
該系統的地面段包括終端、網絡關口站和網絡操作控制系統。終端可以直接與衛星網絡通信，并支持多種標準網絡協議接口，如ISDN、IP和ATM等。雖然系統主要針對固定終端進行優化設計，但也能夠為便攜和移動終端提供服務。Teledesic標準終端的通信速率為16kbits至2Mbits，高容量用戶的接續速率可達155Mbit/s至12Gbit/s。大多數用戶可以獲得下行64Mbit/s和上行Mbit/s的雙向連接，而寬帶用戶可以獲得64Mbit/s的雙向連接。Teledesic系統可以提供全球范圍的寬帶空中互聯網服務，同時為數百萬用戶提供視頻會議、高質量語音和其他數據、圖像業務。Teledesic系統目前仍處于集資籌備階段，預計在2003年后提供全數字的雙向寬帶交換業務。
參考資料 >
600顆在軌衛星提供強大數據支持 在我國多個領域發揮重要作用.百家號.2023-11-15
衛星通信與衛星互聯網.alljournals.2023-11-15
關于中國電信.中國電信.2023-11-15
巨頭/創企爭相入局，誰能吞下萬億級衛星物聯網“大蛋糕”?-36氪.36氪.2023-11-15
【紀念香農百年誕辰】信息論對社會信息化的作用.西安電子科技大學綜合信息服務網.2023-11-15