通信系（Communication Subsystem、またはTT&C：Telemetry, Tracking and Commandサブシステム）は、人工衛星と地上局（あるいは他の宇宙機）との間で電波を介したデータの送受信を行い、ミッションの運用や衛星の管制を維持するための命綱となるサブシステムである。
概要
通信系が果たす根幹的な機能は、地上局からの「コマンド受信（アップリンク）」と、地上局への「テレメトリ送信（ダウンリンク）」の2つに大別される。アップリンクによって受信されるコマンドは、衛星が特定のミッションを遂行するためのトリガや、動作スケジュール、各種プログラムの書き換えデータ（パッチ）などを含む。一方、ダウンリンクで送信されるテレメトリは、各サブシステムの温度・電圧・姿勢といった健全性状態（ヘルスデータ）のほか、カメラや観測センサが取得した膨大なミッションデータそのものを含んでおり、地上の管制員が衛星の状態を正確に把握し、成果物を回収するために必要不可欠である。
回線設計
衛星と地上局との間で確実かつエラーのないデータ通信（フィーダリンクやサービスリンク）を確立するためには、膨大な通信距離に伴う電波の減衰に打ち勝つ緻密な回線設計（リンクバジェット）が要求される。回線設計の目的は、宇宙空間と地球大気を通過する際の様々な減衰要素を数理的に洗い出し、送受信システム（無線機やアンテナ）に必要なハードウェア性能を定量的に導き出すことにある。
具体的な計算プロセスでは、まず送信機の出力電力とアンテナ利得から、等価的に等方性アンテナから放射される電力を示すEIRP（等価等方輻射電力）を算出する。ここから、数千kmにおよぶ距離を電波が伝播する過程で幾何学的に拡散・減衰する自由空間伝搬損失（FSPL）をはじめ、大気吸収損失や降雨減衰などの各種損失を差し引き、受信アンテナに到達する電力を求める。さらに、受信側の設備性能（アンテナ雑音やシステム全体の雑音温度、雑音指数）から、受信システムの総合的な性能指標である受信G/T（アンテナ利得対雑音温度比）を導き出し、最終的に受信機における搬送波電力対雑音密度比である受信C/N0を決定する。
これに対比させる形で、ミッションが要求する「ビット誤り率（BER）」を満たすために最低限必要な要求Eb/N0（1ビットあたりのエネルギー対雑音密度比）を求め、使用するエラー訂正の符号化利得や変調による損失などを考慮して、システム側の「要求C/N0」を算出する。最終的に、実際のハードウェア構成から得られる「受信C/N0」からこの「要求C/N0」を差し引いた値が「回線マージン（リンクマージン）」となり、この値が最悪の環境条件下でも十分なプラスの値（一般に3dB以上など）を維持できるように送信電力やアンテナサイズなどのシステム構成が決定される。なお、衛星側からの送信電力は無限に大きくできるわけではなく、地上への電波干渉を防ぐ観点から、国際規格により周波数帯ごとの地表面における電力束密度（PFD）の最大値が厳格に規定されている。
周波数と変調方式
電波信号のベースとなる無線周波数（RF）の選定は、データレートやアンテナのサイズに直結する。小型衛星や地上管制の基本ラインでは、回り込み特性が良くアンテナ指向性が比較的緩やかなVHF帯やUHF帯、Sバンドなどの衛星周波数が一般的に多用され、より高速なミッションデータの伝送にはXバンドやKaバンドといった高周波帯が割り当てられる。これらの電波は国境を越えて地球規模で影響を及ぼすため、国際電気通信連合（ITU）などを通じた国際的な周波数調整（アロケーション）をクリアすることが運用前提となる。
この無線周波数に対してデジタルデータを乗せるための変調方式には、宇宙空間の過酷なC/N環境でもノイズに強く、電力効率に優れたBPSK（2相位相偏移変調）や、限られた帯域幅を有効活用して2倍のデータを送れるQPSK（4相位相偏移変調）といった位相偏移変調（PSK）が主流である。受信側（地上局など）では、搬送波の位相を正確に同期させて元データを抽出する同期検波方式によって極めて低いエラー率での復調が行われる。
システム構成とデータ構造
ハードウェアの回路構成において、限られた搭載スペースと重量の中でアンテナと複数の無線機（トランスポンダ）を効率よく接続するため、様々な高周波（RF）コンポーネントが活用される。送信と受信で同じアンテナを共用したり、冗長化された無線機へ信号を分配・合成するために、高周波結合器であるカプラ、同一周波数帯の送受を分離するデュプレクサ、異なる周波数帯（例えばSバンドとXバンド）を1本のアンテナにまとめるダイプレクサ、信号の各位相を制御して分配するハイブリッドなどが回路内に組み込まれる。使用されるアンテナは、全方位からのコマンドを捉える無指向性のホイップ・ヘリカルアンテナから、特定の高周波ビームを絞り込んで高利得を得るパラボラアンテナまで、ミッション用途に応じて使い分けられる。
また、これらRF回路を流れるデジタルデータそのものに対しても、過酷な宇宙通信環境に耐えるための多層的な処理が施されている。ビット誤りを強力に訂正するため、送信データにはあらかじめ畳み込み符号化（および地上側でのビタビ復号）やリード・ソロモン符号、あるいはより高度なLDPC符号などのエラー訂正技術が確実に適用される。さらに、データのパケットフォーマットやプロトコルにおいては、世界の主要な宇宙機関や民間組織が標準化しているCCSDSパケット（宇宙データシステム諮問委員会規格）などの世界共通のデータ形式が規定されており、これにより異なる地上局ネットワークを横断した相互運用性（インターオペラビリティ）が確立されている。