Рассмотрим некоторые наиболее важные принципы, используемые в спутниковых системах, предназначенных для передачи информации. Остановимся сначала на ретрансляторе информации. Особенность спутникового ретранслятора состоит в том, что непосредственный доступ к нему имеет сразу множество наземных станций, поэтому ретранслятор спутника работает в режиме так называемого многостанционного доступа.
Ретрансляторы не одинаковы по своим функциям. Наиболее простые ретрансляторы усиливают принимаемые сигналы и излучают их на Землю на другой несущей частоте. Более сложные ретрансляторы имеют несколько антенн, что обеспечивает передачу сигналов на Землю после необходимого усиления в заданных пространственных лучах. Коммутация сигналов в соответствующие лучи производится специальной коммутирующей матрицей. Существуют ретрансляторы, осуществляющие демодуляцию сигналов, формирование новых сигналов, последующую модуляцию и излучение сформированного сигнала на Землю. Такие ретрансляторы называют ретрансляторами с обработкой сигналов.
Самые простые ретрансляторы усиливают сигналы и осуществляют частотное преобразование (чтобы приемник и передатчик ретранслятора не мешали друг другу, они должны работать на разных частотах). Обычно частота сигналов передатчика ниже несущей частоты принимаемых сигналов.
Ретрансляторы с коммутирующей матрицей "освещают" различные участки Земли и передают по командам с Земли информацию в нужных направлениях. Отметим, что большое число остронаправленных лучей можно получить относительно несложным путем с помощью одной антенны, имеющей несколько облучателей и фокальной плоскости. Переход сигналов из одного пространственного канала на другой осуществляет коммутирующая матрица. Наиболее быстро матрица должна работать в случае передачи сигналов с временным разделением, когда каждому каналу отведен короткий временной интервал. Коммутирующая матрица составляет для каждого интервала определенную конфигурацию соединений.
В ретрансляторах с обработкой сигналов обработка сигналов обычно сочетается с коммутацией лучей. Коммутация каналов в ретрансляторе напоминает работу автоматической телефонной станции. Спутник с ретрансляторами такого рода рассматривается как наиболее перспективный. Он позволяет уменьшить влияние помех, более эффективно использовать спутниковые каналы.
Большинство спутников имеют от 12 до 48 ретрансляторов. Полоса каждого ретранслятора, как правило, равна 36 МГц. Исключение составляют спутники, работающие в более высокочастотном диапазоне (14/12 ГГц), где удобнее иметь более широкую полосу ретранслятора: 100, 120 или 180 МГц. Разбиение выделенной ширины полосы на участки объясняется в основном тем, что усилители ретранслятора для получения значительной мощности передатчика используют в сравнительно узкой полосе.
Наиболее серьезной проблемой для спутниковой системы является проблема многостанционного доступа. Сущность его состоит в том, что каждая наземная станция имеет возможность пользоваться ретранслятором для передачи своих сигналов независимо от работы другой станции и устанавливать связь через спутник с любой наземной станцией данной системы. Это придает всей системе гибкость в работе, однако накладывает на ретранслятор ряд дополнительных функций. Многостанционный доступ можно организовать так, что между каждой парой станций будет закреплена линия. Возможен, однако, и многостанционный доступ по требованию, когда связь организуется в порядке очереди при наличии свободной линии.
Так как принципиально сигналы можно различать по частоте, по времени, в пространстве, а также по форме, при использовании кодированных сигналов можно организовать четыре вида доступа: частотный многостанционный доступ (ЧМД), временной многостанционный доступ (ВМД), пространственный многостанционный доступ (ПМД), кодовый многостанционный доступ (КМД). В основе этих видов доступа лежат соответствующие принципы разделения сигналов. Наилучшим решением проблемы передачи больших потоков информации является метод ВМД. Его идея заключается в том, что каждая наземная станция, использующая ретранслятор спутника, имеет закрепленный за ней временной канал (периодически повторяющийся интервал времени). Сигналы различных наземных станций поступают на вход ретранслятора в различные моменты времени. Спутник в соответствии с существующей в системе шкалой времени формирует из поступающих сигналов многостанционный групповой сигнал - так называемый суперкадр - и ретранслирует его на Землю.
Спутниковая система связи в целом представляет собой сложное и дорогостоящее сооружение. В комплекс технических средств, необходимых для передачи информации по спутниковой системе, входит оборудование наземной станции, антенна и спутниковый ретранслятор. В оборудовании наземной станции можно выделить три основные составляющие: комплекс устройств, предназначенных для формирования сигналов, устройства приема и передачи сигналов на радиочастоте, антенну.
Добротность (качество) наземной станции определяется отношением коэффициента усиления антенны наземной станции G к эквивалентной шумовой температуре Т. Обычно, уровень шума измеряется его мощностью. В космических системах связи источниками шума служат входные цепи приемника, атмосфера, Земля, космос. Отношение G/T (дб/К°) характеризует передающие и приемные свойства наземной станции. С параметром G/T тесно связана величина пропускной способности линии спутниковой связи. Другим наглядным показателем спутниковой линии связи является эффективно излучаемая мощность спутника Рэ (дБ/Вт). От нее зависит мощность на входе приемника наземной станции. Для грубой оценки возможностей спутниковой системы по передаче информации двух перечисленных параметров G/T и Рэ. вполне достаточно. С увеличением Рэ. возрастает стоимость спутника, а с увеличением G/T стоимость наземной станции. Обычно находят такое оптимальное сочетание этих параметров, чтобы суммарная стоимость линии была минимальной.
Основными параметрами, по которым различают наземные станции, являются диаметр антенны, мощность передатчика и качество приемника. Наибольший диаметр антенны равен примерно 30 м, наименьший 0,5 м. Существуют и переносные наземные станции с диаметром антенны около 1 м. Антенна у станции такого типа может складываться. Станция тем лучше, чем больше антенна.
Потребности в передаче информационных потоков растут быстро. Число действующих спутников на геостационарной орбите уже достигает нескольких сотен. При использовании современных технических средств угловое расстояние между спутниками на орбите меньше, чем 5° приводит к взаимным помехам и создает трудности приема сигналов на Земле. Одним из возможных решений этой проблемы является переход в более высокочастотный диапазон, где легче осуществить узконаправленное излучение, другим - применение ортогональной поляризации радиоволн.