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최초의 위성통신 실험은 1958년 12월 18일 위성을 발사한 미국 정부의 스코어 계획(Project score)이었다.

초기 위성들 중에서 잘 알려진 에코(Echo) 1호는 얇은 알루미늄 층으로 코팅된 플라스틱 기구(氣球)였으며 1960년 8월 12일에 발사되었다. 에코 1호는 위성에 보내진 신호를 반사 만 하는 수동위성이었으며 실험용 전화, 자료, 팩시밀리 전송에 사용되었다. 1962년 7월 10일에 발사된 텔스타(Telstar) 1호는 수신기와 송신기를 사용하는 최초의 능동위성이었으며, 생방송 텔레비전 신호를 최초로 중계했고 대서양횡단 전화 통화를 처음으로 전송했다.

지구 위의 일정한 위치를 유지하는 최초의 정지통신위성인 신콤(Syncom) 2호는 1963년 7월 26일에 발사되었고, 1964년 7월 26일에 발사된 신콤 3호는 처음으로 일련의 태평양 횡단 텔레비전 화면을 중계했다. 최초의 상업통신위성인 인텔샛(Intelsat) 1호(Early Bird)는 1965년 4월 6일에 발사되었다.

위성통신에서 신호들은 위성지구국에서 위성으로 전송되며, 위성에 실려진 장비들은 이 신호를 수신하고 증폭하여 다른 지구국으로 중계한다.

통신위성들은 몇 개의 응답기 또는 무선 중계 장치를 가지고 있다. 각각의 응답기는 지상에서 위성으로 전송하는 마이크로파의 주파수 채널을 갖는 수신기, 신호의 주파수를 위성에서 지상으로 전송하기 위한 주파수로 내리는 주파수 이동장치, 그리고 적절한 출력을 만드는 증폭기를 포함한다. 응답기의 수는 위성의 수용 능력을 결정한다. 하나의 채널은 한쪽 방향으로 1개의 컬러 텔레비전 신호 또는 1,200개의 전화 신호를 보낼 수 있다.

통신위성은 로켓 발사기 또는 추진기에 의해 궤도로 올려진다.

위성이 작동되는 동안에는 지향방향이 조절되어야 하며, 지상국은 태양풍(太陽風)과 태양빛의 압력뿐 아니라 지구·태양·달의 중력장에서의 불규칙에 대해 계속 궤도를 보정해야 한다. 비록 몇 개의 실험용 위성에서 방사성 동위원소에 의해 가열되는 열전 발전기를 사용해왔지만, 태양 전지는 통신위성에서 가장 보편화된 전력원이 되고 있다. 매년 2번의 44일 동안, 지구에 의해 70분간 빛이 차단되는 정지위성은 빛이 없을 경우 동력을 제공해줄 전지를 가지고 있다.

통신위성으로부터 신호를 전송하는 데 필요한 마이크로파의 가장 보편적인 동력원은 진행파 관이다. 지구국들 사이의 통신에 사용되는 몇몇 위성들은 위성통신 시스템을 형성한다. 인텔샛이 국제 및 국내용 통신 또는 국내 전용 통신에 이용되는 것처럼 하나의 위성통신 시스템은 국제통신을 제공할 수 있다. 위성통신 시스템들은 주로 배들에게 이동통신을 제공하는 것도 있으며 군사적 목적으로 이용되는 것도 있다.

또한 아마추어 무선 통신사들의 이용을 위해 확보되어 있는 것도 있다.

국제상업위성통신기구(International Telecommunications Satellite Consortium/INTELSAT)는 11개 국가가 세계적인 통신 시스템을 형성하기 위해 협정에 서명한 1964년 8월에 시작되었다. 그뒤 INTELSAT은 100개 국가 이상이 공동투자한 국제적이고 법률적인 기관이 되었다.

1962년에 설립된 콤샛(Comsat)에는 미국이 참여하고 있다. INTELSAT은 위성통신 시스템 우주 부분의 설계·개발·유지에 대한 책임을 맡고 있다. 그리고 지구국들은 그들이 위치한 국가에 의해 소유되고 운영된다. INTELSAT의 회원국이 아닌 국가들은 콤샛의 부속 시스템인 콤샛 제너럴(Comsat General)을 통해 위성통신을 할 수 있다. 1980년대까지 INTELSAT은 150개 국가에 설치한 약 400개의 지구국을 포함하고 있다. 이것은 텔레비전과 다른 전송뿐만 아니라 약 2만 개의 쌍방향 전화 회선을 제공한다. 소련의 인터스푸트니크(Intersputnik) 기구는 소련 연방 내의 통신과 소련권에 속한 국가들 사이의 통신을 제공한다.

몇 개의 국내용 위성 시스템들은 그들이 제공하는 통신 수단을 다른 방법을 이용하여 얻기가 어렵기 때문에 설치되어 왔다. 예를 들어 캐나다의 텔레샛 시스템(Telesat system)은 도시 지역과 인구 밀도가 희박한 북서부 지역에 대한 통신 수단을 제공하며 인도네시아의 팔라파 시스템(Palapa System)은 다른 방법으로는 연결하기 어려운 섬 사이의 통신 수단을 제공한다. 또한 국내용 위성 시스템은 유선 텔레비전의 방송과 많은 지역에서 동시에 신문과 잡지를 인쇄할 수 있는 인쇄판을 만들기 위한 전송 등과 같은 특수한 용도를 가지고 있다.