卫星通信系统指通过在轨人造卫星作为中继站对无线电信号进行转发，实现地面及空间等用户之间信息传输的系统。卫星通信系统组成包括空间段及地面段，系统组成如图所示。其中空间段主要指在轨卫星、对在轨卫星进行操控的地面站，这些地面站主要实现跟踪、遥测、遥控等功能，提供必要的卫星管理及控制以保证卫星正常在轨运行。地面段主要指通过卫星进行通信的用户终端，包括固定终端、机动终端和移动终端。其中，固定终端包括私营网络中使用的甚小口径终端（Very Small Aperature Terminal, VSAT）、安装于屋顶用于接收卫星广播信号的终端等；机动终端相较于固定终端具备了—定的灵活性，如新闻采集车、动中通等；移动终端通常指手持终端，如卫星电话。如图2-1中所示，通信卫星与用户终端间的通信链路称为用户链路（User Link, UL），进一步可将用户发送至卫星及卫星发送至用户的链路，分别称之为用户上行链路和用户下行链路。卫星与信关站间的通信链路为馈电链路（FeederLink, FL），星间通信的链路称之为星间链路（Inter-Satellite Links, ISL）。
卫星通信系统优点主要体现在如下三方面：
（１）下行链路的广播特性。卫星通信系统下行通过全球波束、区域波束或单点波束，可实现特定覆盖区域的信号覆盖，其下行链路广播特性非常适合于数字视频广播等业务的传输；
（２）通信费用与距离无关。在传统地面通信系统中，实现较远两个地点间的通信需要部署多个地面中继站，而考虑地面的曲率及遮挡因素，地面间的中继站通常最远也不过上百公里，而卫星通信系统的终端间一跳就可达上万公里。
（３）具有较强的抗毁性。地面通信系统在发生地震、洪水等自然灾害时，会导致地面网络的瘫痪，而卫星通信系统由于工作在近乎真空的环境中，自身的工作环境具有较高可靠性，为灾难发生地区提供应急通信发挥了重要作用。
尽管卫星通信系统具有诸多的优势，仍存在一些缺点和有待解决的问题，主要表现为：
（１）有用信号较为微弱：由于卫星工作在距离地面高度为500~36000km的高空，其传输的有用信号到地面时己极其微弱，加之一些地面遮挡及气衰雨衰等影响因素，地面终端要实现正常传输则需要较大口径的天线，不利于终端小型化和续航持久化。
（２）信号间传播时延较大：卫星与终端间的较大传播距离也导致了较大的信号传播时延，就GEO卫星通信系统而言，终端间通过GEO进行通信的双向往返时延约500ms，对于一些时延较为敏感业务而言其服务质量较差。
GEO卫星轨道是迄今为止卫星通信最常用的轨道，其位于距离地面35786KM的赤道上空，由于GEO卫星与地面相对位置保持不变，可实现对特定区域的持续服务并且便于在轨测控。由于GEO卫星位于赤道面上，为保证各GEO卫星系统间干扰规避需留有一定的角度隔离，当前ITU对GEO卫星间的角度隔离要求保持在２°５°。这就意味着，根据工作频段和所提供服务的不同，全球仅有72180个可用的轨位。另一方面，星地间的长距离对无线电信号产生较大的传播损耗及时间延迟，对于中纬度区域的地球站而言，GEO卫星通信系统造成的双向往返时延约500ms，在一些时延敏感类业务场景下难以适用.
MEO卫星工作轨道通常在5000-20000KM，MEO卫星通过一定的轨道高度设计可实现重复地面轨迹，以保证对一定目标区域的覆盖。而充分的星地相对运动可以进行准确、高精度的位置测定等任务。对于一个位置固定的卫星地球站，典型MEO卫星每次的过顶观测时长约1~2小时。基于以上特性，MEO卫星具有非常适合于气象、遥感、导航和定位应用的特点，如全球定位系统(Global Position System, GPS)、我国北斗卫星定位系统(BeiDouSystem, GPS)都工作在MEO轨道。
LEO卫星通常工作在160~2500km轨道高度，LEO卫星通信优点是信号传播损耗与时延较小。然而，LEO卫星可用频谱资源极其有限，且为了满足全球大范围持续的服务，通过会组成由数十颗至数百颗的LEO卫星组成的卫星星座。LEO系统及星座内各星间则又需要共享该有限的频谱，这进一步加剧了频谱资源短缺造成的问题。随着当前卫星互联网、卫星物联网等的发展，LEO卫星在提供移动通信、泛在互联接入等方面具有重要意义。典型的LEO卫星系统如铱星系统、全球星系统及当前针对卫星互联网设计的一网OneWeb系统。
HEO卫星轨道区别于前三种圆轨道，其工作的椭圆轨道在远地点提供服务时间较长而在近地点提供服务时间很短，该类型轨道适合为高纬度区域提供服务。最常用的HEO轨道如“闪电”轨道，该轨道是基于前苏联的一个卫星系统而命名的。该卫星轨道可以为北半球高纬度地区提供大范围的覆盖，可以覆盖前苏联的大部分区域，而这些区域是GEO卫星无法覆盖的。典型的“闪电”轨道近地点高度约1000km，远地点约为40000km，根据轨道动力学原理，为避免运行轨道主轴旋转，其工作轨道的倾角为63.4°。运行周期为12h，而其在北半球的运行时长大约有10h。基于上述特点，两颗ＨＥＯ“闪电”轨道上的卫星，通过合理的轨道参数设置，可在北半球高纬度地区提供几乎连续的覆盖。
参考文献：
[1] 刘帅军. 卫星通信系统中动态资源管理技术研究[J]. 北京: 北京邮电大学, 2018.
