无线通信 - 卫星
卫星是围绕另一个物体旋转的物体。例如，地球是太阳的卫星，月亮是地球的卫星。
通信卫星是空间中的微波中继站，用于电信、无线电和电视信号。通信卫星处理来自一个地面站的数据，并将数据转换为另一种形式并将其发送到第二个地面站。
卫星的工作原理
地球上的两个站点希望通过无线电广播进行通信，但距离太远，无法使用传统方式。这两个站点可以使用中继站进行通信。一个地面站将信号传输到卫星。
上行链路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发送到第二个地面站，这称为下行频率。第二个地面站也以同样的方式与第一个地面站进行通信。
卫星的优势
卫星通信的优势如下 −
- 覆盖范围比地面系统高得多。
- 传输成本与覆盖范围无关。
- 可以使用更高的带宽。
卫星的劣势
卫星通信的劣势如下 −
- 将卫星发射到轨道上是一个昂贵的过程。
- 带宽逐渐耗尽。
- 卫星系统的传播延迟比传统的地面系统高。
卫星通信基础知识
过程卫星通信始于地面站。此处的装置设计用于发送和接收来自绕地球轨道运行的卫星的信号。地面站以高功率、高频(GHz 范围)信号的形式向卫星发送信息。
卫星接收并重新发送信号回地球，然后由卫星覆盖范围内的其他地面站接收。卫星覆盖范围是从卫星接收有用强度信号的区域。
通过信道从地面站到卫星的传输系统称为上行链路。从卫星到地面站通过信道的系统称为下行链路。
卫星频段
通常用于通信的卫星频段是C波段、Ku波段和Ka波段。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。随着波长的增加，需要更大的天线(卫星天线)来收集信号。
地球轨道
卫星发射到太空时，需要放置在特定的轨道上，以提供其旋转的特定方式，从而保持可达性并实现其目的，无论是科学、军事还是商业。相对于地球分配给卫星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 −
- 地球同步轨道
- 地球静止轨道
- 中地球轨道
- 低地球轨道
地球同步轨道 (GEO) 卫星
地球同步轨道卫星位于距地球 22,300 英里的高度。该轨道与侧实日(即 23 小时 56 分钟)同步。该轨道可以具有倾角和偏心率。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，它似乎是静止的。
同样的地球同步轨道，如果它是圆形且位于赤道平面上，则称为地球静止轨道。这些卫星位于地球赤道上方 35,900 公里处(与地球同步卫星相同)，它们不断相对于地球方向(从西向东)旋转。这些卫星相对于地球被视为静止，因此得名。
地球静止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区别。旋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。但并非每个地球同步轨道都是地球静止轨道。
中地球轨道 (MEO) 卫星
中地球轨道 (MEO) 卫星网络将在距离地球表面约 8000 英里的地方运行。从 MEO 卫星发射的信号传播距离更短。这意味着接收端的信号强度更高。这表明接收端可以使用更小、更轻的接收终端。
由于信号往返卫星的距离更短，因此传输延迟更少。传输延迟可以定义为信号传输到卫星并返回接收站所需的时间。
对于实时通信，传输延迟越短，通信系统就越好。例如，如果 GEO 卫星往返一次需要 0.25 秒，那么 MEO 卫星完成相同行程所需的时间不到 0.1 秒。 MEO 的工作频率范围为 2 GHz 及以上。
低地球轨道 (LEO) 卫星
LEO 卫星主要分为三类，即小型 LEO、大型 LEO 和巨型 LEO。LEO 将在距离地球表面 500 至 1000 英里的轨道上运行。
这个相对较短的距离将传输延迟减少到仅 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。大型低地球轨道 (LEO) 将在 2 GHz 或更高频率范围内运行，巨型低地球轨道 (MEGA-LEO) 将在 20-30 GHz 范围内运行。
与 巨型低地球轨道 (MEGA-LEO) 相关的更高频率意味着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。
高空长航时 (HALE) 平台
实验性 HALE 平台基本上是携带通信设备的高效轻型飞机。这将充当非常低的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组合提供动力。 HALE 平台将在仅 70,000 英尺的高度提供小于 0.001 秒的传输延迟，甚至为非常轻便的手持接收设备提供更好的信号强度。
轨道位置
这里可能会出现一个问题，地球同步轨道上有超过 200 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，国际监管机构(如国际电信联盟 (ITU))和国家政府组织(如联邦通信委员会 (FCC))指定了通信卫星可以在地球同步轨道上定位的位置。
这些位置以经度为单位指定，称为轨道位置。由于对轨道位置的巨大需求，FCC 和 ITU 已逐步将 C 波段和 Ku 波段卫星所需的间隔减小到仅 2 度。
