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(yīng)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(shí)際上就是一個(gè)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(yuǎn)近都可以通信，通過它轉(zhuǎn)發(fā)和反射電報(bào)、電視、廣播和數(shù)據(jù)等無(wú)線信號(hào)。

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(wú)線電信號(hào)，這個(gè)微弱的信號(hào)被衛(wèi)星通信天線接收后，首先在通信轉(zhuǎn)發(fā)器中進(jìn)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(wú)線電波重新發(fā)向地面站2，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)地面站或多個(gè)地面站的遠(yuǎn)距離通信。舉一個(gè)簡(jiǎn)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(zhǎng)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(hào)發(fā)射到衛(wèi)星，衛(wèi)星接到這個(gè)信號(hào)后通過功率放大器，將信號(hào)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(hào)取出來，送到受話人所在的城市長(zhǎng)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(guó)的電視制式標(biāo)準(zhǔn)不一樣，在接收設(shè)備中還要有相應(yīng)的制式轉(zhuǎn)換設(shè)備，將電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為本國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。電報(bào)、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(yīng)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(guó)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(cè)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(cè)控站通信分系統(tǒng)，其主要功能是完成空間飛行器的遙測(cè)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(biāo)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(cè)控通信站的通信網(wǎng)絡(luò)，而天基網(wǎng)是相對(duì)于地基網(wǎng)而言的，是把地基測(cè)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(jī)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(shí)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(yuǎn)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(tuán)。2.2.2 衛(wèi)星應(yīng)急通信技術(shù)1.語(yǔ)音編碼 隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，語(yǔ)音數(shù)字化編碼技術(shù)得到了迅速發(fā)展。20世紀(jì)60年代國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)制定了第1個(gè)語(yǔ)音數(shù)字化編碼標(biāo)準(zhǔn)，即A律或卩律脈沖編碼調(diào)制(PCM)的G.711標(biāo)準(zhǔn)。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(biāo)的波形編碼，主要有PCM、增量調(diào)制(DM)和自適應(yīng)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(yǔ)音的可懂度和清晰度)為目標(biāo)的參量編碼(主要有線性預(yù)測(cè)編碼(LPC)和多帶激勵(lì)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(lì)線性預(yù)測(cè)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(yǔ)音編碼方式。但當(dāng)編碼速率低到一定程度時(shí)，語(yǔ)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(duì)語(yǔ)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(shí)延應(yīng)較短，控制在幾十毫秒內(nèi)。1)波形編碼 波形編碼首先對(duì)語(yǔ)音波形進(jìn)行抽樣、量化，然后用二進(jìn)制進(jìn)行編碼，其基本設(shè)想是盡可能保持語(yǔ)音波形不失真。這類方法有PCM、DM和ADPCM等。 最常見的語(yǔ)音編碼方法是PCMo它按8kHz抽樣，每個(gè)樣值依A律或卩律的對(duì)數(shù)壓擴(kuò)規(guī)律編為八位二進(jìn)制碼，因此編碼后的傳輸速率為64Kbit/s。 ADPCM是PCM的改進(jìn)方式，為了克服PCM方式編碼后傳輸速率過高的缺點(diǎn)，ADPCM對(duì)輸入信號(hào)和預(yù)測(cè)信號(hào)的差值進(jìn)行量化并編碼(而PCM是對(duì)每個(gè)抽樣值的絕對(duì)值進(jìn)行量化并編碼)，從而消除了信號(hào)的部分冗余度，降低了編碼信號(hào)的傳輸速率。其中預(yù)測(cè)器和量化器的參數(shù)能根據(jù)輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性自適應(yīng)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(shí)，能達(dá)到與PCM采用64Kbit/s的傳輸速率時(shí)近乎相等的通話質(zhì)量。 波形編碼器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，沒有充分利用語(yǔ)音信號(hào)的冗余特性，只有在較高速率上才能得到滿意的語(yǔ)音質(zhì)量。而當(dāng)編碼速率降低到16Kbit/s以下時(shí)，編碼語(yǔ)音質(zhì)量迅速下降，因此不適用于移動(dòng)通信。2)參量編碼 為了克服波形編碼信號(hào)速率高、占用頻帶寬的缺點(diǎn)，提出了參量編碼概念。參量編碼僅僅對(duì)反映語(yǔ)音信號(hào)特征的參量進(jìn)行編碼并傳輸，而不對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形進(jìn)行編碼，從而大大降低了編碼信號(hào)的速率。 典型的參量編碼是LPCo雖然LPC的指標(biāo)不能很好地滿足數(shù)字移動(dòng)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(yǔ)音編碼技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。目前,在數(shù)字移動(dòng)通信中釆用的幾種高質(zhì)量低速率的語(yǔ)音編碼，都是LPC的改進(jìn)型。 利用線性預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行分析合成的系統(tǒng)稱為L(zhǎng)PC聲碼器。在經(jīng)典的LPC聲碼器中，發(fā)送端將提取語(yǔ)音的線性預(yù)測(cè)系數(shù)、基音周期、清濁音判決信息以及增益參數(shù),然后進(jìn)行量化編碼;在接收端則利用線性預(yù)測(cè)語(yǔ)音產(chǎn)生模型來恢復(fù)原始語(yǔ)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(yǔ)音質(zhì)量不是太令人滿意。因此，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中應(yīng)用較少。LPC語(yǔ)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(gè)地方到另一個(gè)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(yīng)答器傳輸信號(hào)。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(wú)法相互通信。

電話、廣播、電視、軍事應(yīng)用等許多行業(yè)都在使用衛(wèi)星通信來傳輸信息。毫無(wú)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(guó)內(nèi)通信系統(tǒng)之一是印度國(guó)家衛(wèi)星(INSAT)。它被放置在地球靜止軌道上。INSAT運(yùn)行多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，提供各種功能，包括電信，天氣預(yù)報(bào)，電視廣播等。

衛(wèi)星的類型

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

無(wú)源衛(wèi)星：

無(wú)源衛(wèi)星

無(wú)源衛(wèi)星是第一種通過放大將信號(hào)反射回地球的通信衛(wèi)星形式。舉例來說，想象一下將一個(gè)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(wú)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(hào)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(hào)傳回地球之前放大傳輸信號(hào)來增強(qiáng)傳輸信號(hào)。這確保了在傳輸信號(hào)時(shí)出色的信號(hào)強(qiáng)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(hào)。

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

衛(wèi)星通信如何實(shí)現(xiàn)?

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

可以通過不同的方式進(jìn)行通信：

在光學(xué)系統(tǒng)中使用光。

無(wú)線電信號(hào)在通信系統(tǒng)中的通信比例。

電信用于通過信號(hào)進(jìn)行通信。

衛(wèi)星通信服務(wù)

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

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(jìn)行無(wú)縫和無(wú)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(diǎn)向全世界傳輸數(shù)據(jù)。

移動(dòng)衛(wèi)星

移動(dòng)衛(wèi)星用于連接飛機(jī)和偏遠(yuǎn)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(hào)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(gè)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(hào)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(hào)以最佳電平即興創(chuàng)作，然后通過應(yīng)答器再次傳輸回地球。應(yīng)答器增強(qiáng)輸入信號(hào)并改變其頻率，因此不應(yīng)更改輸出信號(hào)。

在最后一個(gè)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(gè)上行鏈路和多個(gè)下行鏈路。

因此，通過衛(wèi)星進(jìn)行通信有助于從地球傳輸信號(hào)，然后傳回地球。