無線通訊 - 衛星

衛星是一個繞著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。

通訊衛星是太空中用於電信、無線電和電視訊號的微波中繼站。通訊衛星處理來自一個地球站的資料，將其轉換為另一種形式，然後傳送到第二個地球站。

衛星的工作原理

地球上的兩個站點想透過無線廣播進行通訊，但距離太遠而無法使用傳統方法。這兩個站點可以使用中繼站進行通訊。一個地球站將訊號傳輸到衛星。

上行鏈路頻率是地面站與衛星通訊的頻率。衛星轉發器轉換訊號並將其傳送到第二個地球站，這稱為下行鏈路頻率。第二個地球站也以相同的方式與第一個地球站通訊。

衛星通訊的優點如下：

衛星通訊的缺點如下：

衛星通訊的過程始於地球站。這是一個設計用於傳送和接收來自繞地球軌道執行的衛星訊號的裝置。地球站以高功率、高頻（GHz 範圍）訊號的形式向衛星傳送資訊。

衛星接收並轉發訊號回地球，然後由衛星覆蓋區域內的其他地球站接收。衛星足跡是指從衛星接收有用強度訊號的區域。

從地球站到衛星透過通道的傳輸系統稱為上行鏈路。從衛星到地球站透過通道的系統稱為下行鏈路。

通常用於通訊的衛星頻段是C 波段、Ku 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反比關係，即頻率增加，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）來收集訊號。

衛星發射到太空後，需要放置在特定的軌道上以提供特定的旋轉方式，以便保持可訪問性並實現其科學、軍事或商業目的。分配給衛星相對於地球的這些軌道稱為地球軌道。這些軌道上的衛星是地球軌道衛星。

重要的地球軌道型別包括：

地球同步軌道衛星是指放置在地球上方 22,300 英里高度的衛星。該軌道與恆星日（即 23 小時 56 分鐘）同步。該軌道可能具有傾角和偏心率。它可能不是圓形的。該軌道可以傾斜於地球的兩極。但從地球上觀察時，它看起來是靜止的。

如果相同的地球同步軌道是圓形的並且位於赤道平面內，則稱為地球靜止軌道。這些衛星放置在地球赤道上方 35,900 公里（與地球同步軌道相同）處，它們相對於地球的方向（西向東）不斷旋轉。這些衛星相對於地球被認為是靜止的，因此名稱也由此而來。

地球靜止軌道衛星用於天氣預報、衛星電視、衛星無線電和其他型別的全球通訊。

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。

這裡主要需要注意的是，每個地球靜止軌道都是地球同步軌道。但並非每個地球同步軌道都是地球靜止軌道。

中地球軌道 (MEO) 衛星網路將在地球表面上方約 8000 英里的距離執行。從 MEO 衛星傳輸的訊號傳播的距離較短。這意味著接收端的訊號強度得到改善。這表明接收端可以使用更小、更輕的接收終端。

由於訊號到衛星和從衛星到接收站的傳播距離較短，因此傳輸延遲較小。傳輸延遲可以定義為訊號到達衛星並返回接收站所需的時間。

對於即時通訊，傳輸延遲越短，通訊系統越好。例如，如果 GEO 衛星往返需要 0.25 秒，則 MEO 衛星完成相同行程所需的時間不到 0.1 秒。MEO 的工作頻率範圍為 2 GHz 及以上。

LEO 衛星主要分為三類：小型 LEO、大型 LEO 和巨型 LEO。LEO 將在地球表面上方 500 至 1000 英里的距離執行。

這種相對較短的距離將傳輸延遲減少到僅 0.05 秒。這進一步減少了對靈敏且笨重的接收裝置的需求。小型 LEO 將在 800 MHz (0.8 GHz) 範圍內執行。大型 LEO 將在 2 GHz 或更高範圍內執行，巨型 LEO 在 20-30 GHz 範圍內執行。

與巨型 LEO相關的較高頻率轉化為更大的資訊承載能力，併產生即時、低延遲影片傳輸方案的能力。

實驗性 HALE 平臺基本上是攜帶通訊裝置的高效輕型飛機。這將充當超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的組合提供動力。HALE 平臺將在僅 70,000 英尺的高度提供小於 0.001 秒的傳輸延遲，甚至為非常輕便的手持接收裝置提供更好的訊號強度。

這裡可能會出現一個問題，即在同步軌道上存在超過200 顆衛星，我們如何防止它們相互碰撞或嘗試使用太空中相同的地理位置？為了解決這個問題，國際電信聯盟 (ITU) 等國際監管機構和美國聯邦通訊委員會 (FCC) 等國家政府組織指定了地球同步軌道上通訊衛星可以定位的位置。

這些位置以經度度數表示，稱為軌道槽。由於對軌道槽的需求巨大，FCC 和 ITU 已逐步將所需的間距減少到 C 波段和 Ku 波段衛星僅 2 度。

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