衛星是圍繞另一個物體旋轉的物體。例如,地球是太陽的衛星,月球是地球的衛星。
A通信衛星是一個用於通信、無線電和電視信號的空間中的微波中繼站。通信衛星對來自一個地球站的數據進行處理,將數據轉換成另一種形式並發送到第二個地球站。
How a Satellite Works
地球上有兩個電台想通過無線電廣播進行通信,但距離使用傳統手段太遠。這兩個站可以使用中繼站進行通信。一個地球站把信號傳送給衛星。
上行鏈路頻率是地面站與衛星通信的頻率。衛星轉發器將信號轉換並發送到第二個地球站,這稱爲下行鏈路頻率。第二個地球站也以同樣的方式與第一個地球站通信。
Advantages of Satellite
衛星通信的優點如下:;
- The Coverage area is very high than that of terrestrial systems.
- The transmission cost is independent of the coverage area.
- Higher bandwidths are possible.
Disadvantages of Satellite
衛星通信的缺點如下:;
- Launching satellites into orbits is a costly process.
- The bandwidths are gradually used up.
- High propagation delay for satellite systems than the conventional terrestrial systems.
Satellite Communication Basics
衛星通信過程始於地球站。這裡設計了一個裝置,用來發射和接收來自環繞地球軌道衛星的信號。地球站以高功率、高頻率(GHz範圍)信號的形式向衛星發送信息。
衛星接收和重新傳輸衛星覆蓋區域內其他地球站接收到的信號。衛星的足跡是從衛星接收有用強度信號的區域。
從地球站通過一個通道到衛星的傳輸系統稱爲上行鏈路。通過信道從衛星到地球站的系統稱爲下行鏈路。
Satellite Frequency Bands
衛星通信常用的頻段有Cband、Ku波段、Ka波段和Ka波段。C波段和Ku波段是當今衛星常用的頻譜。
需要注意的是,頻率和波長之間存在一種相反的關係,即當頻率增加時,波長減小這有助於理解天線直徑和傳輸頻率之間的關係。隨著波長的增加,需要更大的天線(衛星天線)來收集信號。
Earth Orbits
衛星發射到太空時,需要置於一定的軌道上,爲其旋轉提供一種特殊的方式,以保持其無障礙性,並爲其科學、軍事或商業用途服務。這種分配給衛星的關於地球的軌道稱爲地球軌道。這些軌道上的衛星是地球軌道衛星。
地球軌道的重要種類是負的;
- Geo-synchronous Earth Orbit
- Geo-stationary Earth Orbit
- Medium Earth Orbit
- Low Earth Orbit
Geo-synchronous Earth Orbit (GEO) Satellites
地球同步軌道衛星是一顆位於地球上空22300英里高度的衛星。這個軌道與a邊實日同步(即23小時56分鐘)。這個軌道可以有傾角和偏心率。它可能不是圓形的。這個軌道可以在地球的兩極傾斜。但從地球上觀察時,它似乎是靜止的。
同一地球同步軌道,如果是圓的,在赤道平面上稱爲靜止軌道。這些衛星被放置在地球赤道以上35900公里(與地球同步軌道相同)處,它們繼續圍繞地球的方向(從西到東)旋轉。這些衛星就地球而言被認爲是靜止的,因此它的名字意味著。
地球靜止軌道衛星用於天氣預報、衛星電視、衛星無線電和其他類型的全球通信。
上圖顯示了地球同步軌道和地球靜止軌道之間的區別。旋轉軸表示地球的運動。
這裡要注意的一點是,每個靜止軌道都是同步軌道。但每一個同步軌道都不是靜止軌道。
Medium Earth Orbit (MEO) Satellites
中地球軌道(MEO)衛星網絡將在距地球表面約8000英里的軌道上運行。MEO衛星發送的信號傳播的距離較短。這轉化爲接收端的信號強度的提高。這表明在接收端可以使用更小、更輕的接收終端。
由於信號往返衛星的距離較短,因此傳輸延遲較小。傳輸延遲可以定義爲信號向上傳輸到衛星並返回到接收站所需的時間。
對於實時通信,傳輸延遲越短,通信系統就越好。舉例來說,如果一顆地球觀測衛星往返需要0.25秒,那麼MEO衛星完成同一次往返需要的時間不到0.1秒。MEOs在2ghz及以上的頻率範圍內工作。
Low Earth Orbit (LEO) Satellites
低軌衛星主要分爲三類,即小型低軌衛星、大型低軌衛星和大型低軌衛星。獅子座的軌道距離地球表面500至1000英里。
這個相對較短的距離將傳輸延遲減少到只有0.05秒。這進一步減少了對敏感和笨重接收設備的需求。小型獅子座將在800兆赫(0.8兆赫)範圍內運行。大型獅子座將在2千兆赫或以上的範圍內運行,大型獅子座將在20-30千兆赫的範圍內運行。
與Mega-LEOs相關聯的更高頻率轉化爲更多的信息承載能力,並產生實時、低延遲視頻傳輸方案的能力。
High Altitude Long Endurance (HALE) Platforms
實驗性的HALE平台基本上是高效和輕便的飛機,攜帶通信設備。這將充當極低地球軌道地球同步衛星。
這些飛行器將由電池和太陽能或高效渦輪發動機組合提供動力。HALE平台將在70000英尺的高空提供小於0.001秒的傳輸延遲,甚至對於非常輕便的手持接收設備,信號強度也會更好。
Orbital Slots
這裡可能會出現這樣一個問題:在地球同步軌道上有200多顆衛星,我們如何防止它們相互碰撞或試圖在空間使用同一位置?爲了解決這個問題,國際電信聯盟(ITU)等國際監管機構和聯邦通信委員會(FCC)等國家政府機構指定了地球同步軌道上通信衛星的位置。
這些位置以經度表示,稱爲軌道槽。由於對軌道槽的巨大需求,FCC和ITU已逐步將C波段和Ku波段衛星所需的間距降低到2度。