1.1.4 地球站的组成及功能
卫星通信的地球站主要实现向卫星发送信号和从卫星接收信号的功能，同时提供到地面网络或用户终端的接口。一个典型的卫星通信地球站由用户接口设备、信道终端设备、发送/接收设备、天馈伺设备和电源组成，如图1.5所示。尽管一开始的卫星通信是模拟通信方式，但现代的卫星通信基本上都是数字化的了，因此本书后面只介绍数字卫星通信的相关技术。
图1.5 地球站的组成
（1）用户接口设备：接收用户设备传来的信号，将其变换成适合在卫星通信链路上传送的基带信号，基带信号的速率要符合卫星链路的传输带宽；反过来，将卫星通信链路上接收到的基带信号变换成用户设备支持的信号。这些功能也称为信源编/解码功能，其中还可以包括去除信号中的冗余即数据压缩/解压功能。由于用户设备千差万别，用户接口设备的功能也就多种多样了。如果用户设备是个普通的话筒和耳机，用户接口设备就要进行模/数转换、信源编码/解码；如果通信需要保密，一般保密机也属于用户接口设备的一部分；如果用户设备是数字程控电话交换机，则用户接口设备还要有交换机信令识别和处理等功能。
（2）信道终端设备：接收来自用户接口设备的基带信号，对其进行信道编码、成帧、加扰码、成形滤波、载波调制等处理，将基带信号调制到中频载波上，再将已调制的中频信号传给发送设备；反过来，对来自接收设备的中频已调制信号进行解调、信道解码等反变换，恢复出基带信号，传给用户接口设备。
信道编码的作用是提高数据传输的可靠性：依据特定的编码算法，在原始的基带数字信号（码流）中插入一些冗余的码元，接收端利用这些冗余的码元进行检错和纠错，将错误的码元纠正回来，从而降低传输的误码率。卫星通信中常用的信道编码方案有卷积码、RS码、BCH码等。信道译码则是信道编码的逆过程：接收方按照一定的译码准则对接收到的码元序列进行判决，发现存在差错的码元并将其纠正。常用的译码准则有最小错误概率准则、最大似然译码准则等。
载波调制是将基带信号转换为适合无线信道传输的频带信号的过程。一般用基带信号去控制载波的某些特性，比如载波的幅度、频率或者相位，这些改变后的载波特性与基带信号存在固定的映射关系。换言之，通过对载波的调制，就可将基带信号所携带的信息“加载”到载波上。载波本来是一个单频信号，被基带信号调制以后的载波信号（称为已调信号）就变成一个频带信号，信号频谱有一定的带宽。卫星通信中常用的载波调制方式有PSK、QPSK、FSK等。解调是载波调制的逆过程，是从携带信息的已调信号中恢复出基带信号的过程。为了方便调制/解调过程的实现，信道终端设备一般都将基带信号调制到一个不太高的载频上，这个频率还没有达到卫星通信所用的射频频率，通常称为中频，调制后的频带信号也称为中频信号。因此，发送/接收设备中有变频器件。
（3）发送/接收设备：发送设备的作用是将已调制的中频信号转换为上行射频信号，并对这个射频信号进行功率放大，还可以将多个不同载频的射频信号合路后一并进行功率放大；接收设备的低噪声放大器对来自天线的微弱信号进行放大，然后将下行射频信号转换为中频信号后传送给信道终端设备，必要时进行分路。
上变频的作用是将中频信号变换成射频信号，只改变信号的载频，不改变信号的其他特征，也称频谱搬移。卫星通信的射频频率一般都是GHz量级，将基带信号直接调制到这些射频载波，频差太大，在技术实现上有一定的难度。因此，在卫星通信的工程实践中，往往是先将基带信号调制到一个中频载波上（一般频率为70MHz），再让载频为中频fm的已调信号与某个频率为fr的射频载波一起通过非线性电路，以产生这两个信号的和/差频谐波（这一过程也称为混频），然后通过滤波留下一个和频（fr+fm）或差频（fr-fm）信号，即可得到载频等于和频（fr+fm）或差频（fr-fm）的新已调信号，实现将已调信号频谱搬移到射频频段的目的，这一过程就称为上变频。从射频变换回到中频的过程类似，称为下变频。
高功率放大器简称高功放，其作用是将已调制射频信号进行放大，以达到足够大的信号功率，使得射频电磁波从地球站天线发出，经过几百甚至几万千米的传播到达卫星时还有足够的强度能让卫星转发器接收到。关于射频电磁波的传输损耗，详见1.1.5节。
低噪声放大器简称低噪放。卫星发射的电磁波经过长距离传播后，到达地球站时已经非常微弱，天线接收的电信号自然也非常微弱。这个微弱信号放大后才能由接收电路进行处理。然而，所有的放大电路都会产生噪声，噪声太大就会“淹没”有用的信号。因此，用来放大微弱信号的放大器自身的噪声必须非常小，保持足够的信噪比。低噪放就是一种自身噪声系数很小的功率放大器。
（4）天馈伺设备：是天线、馈线、伺服跟踪设备的合称。天线的作用是将射频电信号变换成电磁波向特定的方向辐射，或者反过来。关于天线的辐射特性和增益详见1.1.5节。因为射频电信号在介质中的传输损耗不小，为了减少收发设备（一般在室内）与天线（一般在室外）之间射频电信号的传输损耗，卫星通信地球站需要使用专门的低传输损耗射频信号传输电缆（简称馈线）。伺服跟踪设备用于控制天线的朝向，使其始终对准通信卫星。即使是GEO卫星，因为控制的误差，它也不是绝对静止的，而是在一定的区域内飘移。对于方向性较强的天线，必须随时校正自己的方位角与仰角以对准卫星。这个模块不是每个地球站都必备的。
（5）电源：将交流电转换成整个地球站各功能模块需要的直流电，不同的模块所需电压可能不同。