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卫星通信体制是指卫星通信系统的工作方式，即所采用的信号传输方式、信号处理方式和信号交换方式等。它由基带信号形式、信源编码方式、差错控制方式、基带信号传输方式、基带信号多路复用方式、信号调制方式、多址方式和信道分配与交换方式等各部分组成，每一部分又有不同方式需选择，是一个较复杂的结构。
卫星通信体制组成及其各部分可选工作方式基本类型如下：
（1）基带信号形式：模拟制；数字制。
（2）信源编码方式（数字语音）：脉冲编码调制（PCM）；自适应差分编码调制（ADPCM）；连续可变斜率增量调制（CVSD）；线性预测编码（LPC）；多脉沖激励线性预测编码（MPC）；残余激励线性预测编码（RELPC）等。
（3）基带信号处理方式：预加重；加密；差错控制编码；数字语音内扦；扩频编码；扰码等。其中差错控制编码又叫信道编码，有卷积编码+软判决维特比译码；外码里德—所罗门（RS）码+内码卷积码的级联编码；外码RS码+内码格状编码调制（TCM）级联编码；外码BCH码+内码低密度奇偶校验码（LDPC）的级联编码；外码LDPC码+内码Turbo码级联编码等。
（4）基带信号传输方式：单路单载波（SCPC）；多路单载波（MCPC）等。
（5）基带信号多路复用方式：频分多路复用（FDM）；时分多路复用（TDM）等。
（6）中频或射频信号调制方式：调频（FM）；移相键控（BPSK，QPSK，8PSK，16APSK，32APSK）；正交幅度调制（8QAM，16QAM，64QAM）；正交频分复用（OFDM）等。
（7）多址方式：频分多址（FDMA）；时分多址（TDMA）；码分多址（CDMA）；空分多址（SDMA）等及它们间组合。
（8）信道分配和交换方式：预定分配（PA）；按需分配（DA）；动态分配（DYA）；随机分配（RA）。当采用按需分配时，还需确定按需分配方式，是否采用处理转发器，转发器上有否交换装置，什么样的交换制度。
通信体制的先进性主要体现在节省射频信号带宽和功率，提高信号传输质量和可靠性。当今卫星通信产品体制标准主要是卫星运营商或产品生产商制订的企业标准或行业标准，另有少量的国家标准，国际组织制订的标准至今仅为DVB-S、DVB-RCS和DVB-S2标准。采用此种标准的VSAT系统也就一定意义上代表了发展方向。
通信系统设计者所关注的两个主要问题：即如何利用有限的资源高效的传输数据和如何控制差错以使得数据能够可靠重现。所谓高效性是指在有限资源基础上，利用一定的技术手段提高单位时间有效信息的传输量，实现这一目标的主要技术就是信源编码技术；可靠性是指在提高信息传输量的同时要保证信息在接收端的可恢复，即要保证出错的概率必须在一个可容忍的范围内，而实现这一目标的主要技术就是信道编码技术。本文只讨论信道编码技术。
通信的目的在于传递消息。实际信道上传输信号时，由于信道传输特性不理想及噪声的影响，接收端收到的信号不可避免地会发生错误，如图4-1所示。
图4-1 通信系统的基本模式
信道传输特性不理想及噪声产生信道传输错误类型如下：
（1）随机错误：信道传输中，信息序列各码元发生的出错事件彼此独立，即每个码元独立地按一定的概率发生差错。只存在随机错误的信道称为无记忆信道（随机信道），用信道转移概率来描述。
（2）突发错误：噪声对各传输码元的影响不是独立的，从而导致一连串出现差错。例如移动通信中信号在某一段时间内发生衰落，造成一串差错。存在突发错误的信道，称之为有记忆信道（突发信道）。
（3）混合错误：既有突发错误又有随机错误。突发错误和随机错误并存的信道称之为混合信道。
差错率是衡量信道传输质量的重要指标之一，它有如下几种定义：
（1）码元差错率/符号差错率：指在传输的码元总数中发生差错的码元数所占的比例（平均值），简称误码率，是指信号差错概率
（2）比特差错率/比特误码率：在传输的比特总数中发生差错的比特数所占比例，是指信息差错概率。
（1）香农（Shannon）信道编码定理
对于一个给定的有扰信道，都有确定的信道容量C，只要发送端以低于容量C的速率R发送信息，则一定存在一种编码方法，使译码错误概率P随着码长n的增加，按指数下降到任意小的给定值ε，即为
式中E（R）为误差指数。
上述信道编码定理虽然只是一个存在性定理，并未给出达到极限编码的具体方法，但却为研究高效的信道编码技术指明了方向。
（2）信道编码的思想和要求
信道编码又称纠错编码或差错控制编码。信道编码的思想是通过对信息码元序列作某种变换，即增加一定数量的冗余码元，使原来彼此相互独立、没有关联的信息码元，经过变换后产生某种规律性或相关性，从而在接收端可根据这种规律性来检查、纠正接收序列中的差错。由此可见，根据相关性来检测、发现和纠正传输过程中产生的差错就是信道编码的基本思想。
从本质上说，编码的实质是利用冗余降低差错概率。信道编码的最终目标就是以尽可能小的代价（编码冗余、译码复杂度）在保持一定信息传输速率的条件下实现更高的编码增益以降低所需功率或降低误码率以实现可靠通信。
信道编码有两个性能指标：编码增益和编码效率
（1）编码增益
编码增益的定义和计算公式如如下
编码增益反映了在一定误码率要求下具体的编码方案对信噪比的改善程度。图4-2为编码增益示例，图中黑箭头线段是误比特率为10 -2 时的系统编码增益。
图4-2 编码增益示例
（2）编码效率
编码效率可用下式表示
式中，k为编码组（n，k）信息码元的数目；n为编码组（n，k）码元的总数目。
R表明了信息码元在码字中所占的比重，是衡量编码有效性的基本参数。编码组（n，k）中n越大，编、译码延时越大；r=n-k为监督码元数，监督码元数越多，纠错能力越强，但效率越低。
以保证数字信息传输和处理的可靠性为目的的信道编码（CC）又称为差错控制编码（Error-control coding），它有如下三种方式：
（1）自动重发请求（ARQ）
发送端发送检错码，通过信道传输到接收端，接收端译码器根据编码规则判断是否有错误，并把判决信号通过反馈信道送回发送端。发送端根据判决信号确定是否重新发送，直到接收端检查无误为止。这种差错控制方式需要反馈信道来判决信号。要求信源能够控制，系统收发两端必须相互配合、密切合作，控制电路比较复杂。此方式适用于点对点通信。
（2）前向纠错控制（FEC）
信息在发送端经过纠错编码后送入信道，接收端通过纠错译码自动纠正传输中的差错，故称为前向纠错。前向是指差错控制过程是单方向的，不存在差错信息的反馈。这种差错控制方式不需要反向信道，延时小，实时性好。此方式既适用于点对点通信，也适用于点对多点组播或广播式通信。
（3）混合差错控制（HEC）
结合前向纠错和反馈重传方式的系统，在纠错能力范围内，自动纠正错误，超出纠错范围则要求发送端重新发送。这种方式是将前向纠错与反馈重发结合，发送端发送的码兼有检错和纠错能力。接收端译码器收到码字后，首先检验错误情况。如果差错不超过码的纠错能力，自动纠错；如果码的差错数量超过码的纠错能力，接收端通过反馈信道给发送端发送重发消息。其优缺点介于反馈重传和前向纠错之间，误码率低，设备不是很复杂，信息的连贯性和适时性较好。
前向纠错方式在采用合适的信道编码方案后，可以用尽可能小的编码冗余获得优良的差错控制性能，同时避免星上设备过于复杂。目前在卫星通信中得到公认的较好的差错控制方式是前向纠错方式。
目前卫星通信中常用的纠错编码方式有卷积码、RS（Reed-Solomon）码、卷积+RS级联码、Turbo码、LDPC（低密度奇偶校验）码等。这些纠错编码典型特性示例见图4-3和图4-4。早期使用最普遍的是图4-3中两种码型，自1993年起在相距两年左右的时间内Turbo码和LDPC码两种性能接近香农理论界限的纠错编码（见图4-4）先后出现后，其应用越来越多。当码长较短时，Turbo码的性能优于LDPC码，但码长较长时（典型值超过5000，见图4-4），LDPC码比Turbo码更接近香农理论界限的译码性能。
图4-3 卷积码与卷积码+RS级联码误码率特性图 [2]
图4-4 码长n=10 3 ～10 6 时LDPC码与Turbo码的误码率性能比较
在数字卫星通信中对所采用的调制解调技术的一般要求是要有较高的功率利用率和频带利用率。功率利用率定义是为达到一定比特差错率（P b ）所需要的比特能量与噪声功率谱密度之比（E/N 0 ）；频带利用率定义为1Hz的系统带宽所能传输的信息速率，单位为bps/Hz，通常一种调制技术不能同时达到最高的功率利用率和频带利用率，而需要根据实际要求进行折中。
一般情况下，卫星通信系统在功率受限或带宽受限的情况下工作。在功率受限情况下应采用功率利用率高的调制，而在频带受限情况下应采用频带利用率髙的调制。当前，卫星通信主要是工作在功率受限情况，所以数字调制技术的选择主要是采用功率利用率高的调制。
此外，由于卫星通信信道的非线性及AM/PM效应，要求所采用的调制应该是恒包络调制，因此，主要对PSK（相移键控）、FSK（频移键控）以及以此为基础的其他调制方式感兴趣，因为这些调制信号是恒包络的，且具有带宽较窄、频带利用率髙、抗干扰能力较强的特点。不过在那些要求极高频带利用率的场合也可使用某些特殊的非恒包络调制，但此时要保证信道的线性。另外，卫星信道的非线性还要求所采用的恒包络调制信号在滤波后有较小的包络起伏，以减小对邻信道的干扰。典型的几种已调波功率谱密度比较见图4-5。
从图4-5所示频谱特性看，TFM（平滑调频）频谱特性最好，主瓣下降快，几乎没有旁瓣，但实现较困难。IJF-OQPSK（无码间窜扰/抖动的偏移四相移相键控）实现较容易，但是旁瓣性能要稍差于TFM。
图4-5 几种已调波功率谱密度比较（比特速率为1/T，f c 是未调载波的频率）
表4-1列出了用相关检测法解调时，不同调制方式的误比特率P b 的计算公式，还列出了当P b =10 -5 时所需的E b /N 0 （每比特信号能量/噪声单边功率谱密度）。由表4-1可知，QPSK（四相移相键控）、OQPSK（偏移的四相移相键控）、MSK（最小移频键控）、SFSK（正弦移频健控）的误比特率特性与BPSK（二相移相键控）的相同，其他各种调制方式如DPSK（差分移相键控）、GMSK（高斯滤波的最小移频键控）等多种调制方式与BPSK调制方式相比，都有或多或少的差距。
表4-1 几种调制方式的误比特率计算公式和计算的典型值
*B d 是低通滤波器3dB带宽，T是每比特数字信号的持续时间。
目前卫星数据传输上使用最多的调制解调方式为PSK和QAM，它包括BPSK、QPSK、8PSK、16QAM。常用的编码方式有：Viterbi、RS、TCM（格状编码调制）、TPC（Turbo 乘积编码）、LDPC（低密度奇偶校验）等。其以1Mbps数据速率对比各种调制解调方式的典型性能（取自CDM-600L Satellite Modem相关资料）如表4-2所示。
表4-2 各种调制解调方式的典型性能
（续表）
*占用带宽是指在功率频谱图-10dB点的发射频谱宽度。对于CDM-600卫星调制解调器发射滤波来说，它相当于1.19×符号速率。
从表4-2可以看出，对传送相同的数据速率（表中以1Mbps数据速率为典型值），各种调制和编码技术有如下特性：
（1）采用不同的调制方式和编码方式，所需卫星的带宽和地面调制解调器的门限（对应所需卫星的功率）有明显的差异。
（2）同一编码方式下，所用多相调制（或多元调制、多进制调制）相数越大，所需的带宽就越小，但解调门限就越髙。
（3）同一调制方式下，采用不同的编码方式，得不同解调门限；编码方式越先进，解调门限要求就越低。
（4）总的说来，调制相数足够大，编码方式足够先进，就可获得解调门限要求较低和带宽要求较小的最佳调制编码组合。
系统设计者应根据卫星转发器可提供功率和带宽，以及可用的调制解调器特性实际情况，通过链路计算等方法来选定合适的编码和调制方式。
卫星通信由于具有广播和大面积覆盖的特点，因此特别适用于多个站之间的同时通信，即多址通信，多址通信是指卫星天线波束覆盖区内的任何地球站可以通过共同的卫星进行双边或多边通信联接，通常称之为“多址联接”。实现多址联接的技术基础是信号分割，也就是在发端要进行恰当的信号设计，使系统中各地球站所发射的信号各有差别；而各地球站接收端则具有信号识别的能力，能从混合着的信号中选择出本站所需的信号。现用的多址联接方式有以下四种：
（1）频分多址方式（FDMA）
FDMA的基本特征是把卫星转发器的可用射频频带分割成若干互不重叠的部分，分配给各地球站所要发送的各载波使用。因此，FDMA方式中，各载波的射频频率不同。发送的时间虽然可以重合，但各载波占用的频带是彼此严格分开的。这种多址方式对FDM/FM/FDMA方式较适合站少，容量中、大的场合；对TDM/PSK/FDMA方式较适合站少，容量中等的场合；对SCPC方式较适合站多，容量小的场合。
（2）时分多址方式（TDMA）
TDMA的基本特征是把卫星转发器的工作时间分割成周期性的互不重叠的时隙（每个时隙也称为分帧，一个周期则称为一帧），分配给各站使用。这种方式适用于中、大容量的系统。
（3）码分多址方式（CDMA）
CDMA的基本特征是各站所发的信号在结构上各不相同并且相互具有准正交性，以区别地址，而在频率，时间，空间上都可能重叠。这种方式特别适用于军事卫星通信系统及小容量的系统。
（4）空分多址方式（SDMA）
SDMA的基本特征是卫星天线有多个窄波束（又称点波束），它们分别指向不同区域的地球站，利用波束在空间指向的差异来区分不同地球站。星上装有转换开关设备，某区域中某一站的上行信号，经上行波束送到转发器，由卫星上转换开关设备将其转换到另一通信区域的下行波束，从而传送到此一区域的某站。一个通信区域内如果有几个地球站，则它们之间的站址识别还要借助FDMA或TDMA方式。这种方式适用于大容量的系统。四种多址方式特点比较见表4-3。
表4-3 四种多址方式特点比较
卫星通信是利用卫星来实现中继通信的，因此如何充分利用卫星转发器的功率和频带，是卫星通信的一个重要问题，这个问题涉及卫星通道（或带宽）的分配方式，通常称之为“分配制度”。以下以宽带卫星通信系统为例说明之。
在宽带卫星通信系统中，完成带宽分配的实体被称作带宽分配单元。为了适应多媒体业务的带宽需求，宽带卫星通信系统中的带宽分配方式较灵活，基本分配方式包括固定分配、按需分配、自由分配和随机分配等。具体如下：
固定分配：在传统卫星通信系统中，固定分配可以基于频率、时间或码字，分别对应FDMA、TDMA和CDMA三种多址接入方式。其优点是能够很好地保证QoS，缺点是容易造成带宽的浪费。
按需分配：指系统根据终端的带宽请求进行带宽分配，其优点是能够获得较高的带宽利用率，缺点是带宽请求与分配之间存在时延，算法的实时性不高。按需分配可分为基于速率按需分配和基于容量按需分配两种。基于速率按需分配主要针对面向连接业务，终端请求内容为传输速率，可进一步分为基于固定速率按需分配和基于可变速率按需分配；基于容量分配主要针对无连接业务，请求内容为需要传输的分组数目，可进一步分为基于相对容量分配和基于绝对容量分配。
自由分配：是系统处理空闲带宽资源的一种方式；其优点是系统带宽资源得到更有效利用，终端能够“提前”获得所需的带宽，自由分配的原则可以是公平轮询，也可以基于权重等。
随机分配（RA）：是指系统不进行带宽分配，终端采用随机接入的方式，典型的随机接入策略有随机ALOHA、时隙ALOHA、扩频ALOHA等。其优点在于接入时延短，但如果出现碰撞则接入时延会变大，而且会影响到信道吞吐量。随机分配适合于终端数多，但都是少量零星业务的情况。
上述信道分配方式分类见图4-6。
图4-6 信道分配方式分类
20世纪末以来，各标准化组织加大了宽带卫星通信系统相关的标准化研究工作，有关组织已提出了几种体制标准，并已应用。现用宽带卫星通信体制主要有下述几种：欧洲标准化组织（ETSI）的基于卫星信道回传的数字视频广播DVB-RCS标准；美国电信工业协会（TIA）的IPoS标准；美国有线电视实验室（CableLabs）的基于有线传输数据业务接口规范（DOCSIS）的DOCSIS-S标准；欧洲标准化组织（ETSI）针对具有星上交换能力的卫星提出的再生卫星网状网RSM-A标准。表4-4给出了这四种宽带卫星通信体制的性能比较。
表4-4 DVB-RCS、IPoS、DOCSIS和RSM-A体制的比较
（续表）
注：CCM：固定编码调制；ACM：自适应编码调制；VCM：可变编码调制。
根据分析和比较可知：DVB-RCS标准的优点是标准化程度高，技术基础好，已广泛应用于宽带多媒体卫星通信系统。IPoS标准的优点是参照OSI模型进行设计，与地面通信网的互操作性好。DOCSIS-S标准的优点是完全按照ACM技术来设计整个体制，目前在用的超大容量Ka频段宽带卫星通信系统几乎都是基于该标准。RSM-A标准是针对具有星上处理能力的宽带卫星通信系统提出的，最适用于具有星上处理能力的宽带卫星通信系统作参考。