AT 指令集在移动卫星通信中的应用

周琳凯，李晴飞，顾法令

（1.南京熊猫汉达科技有限公司，南京 210003；2.无锡威孚高科技集团股份有限公司，无锡 214000）

随着现代信息技术的高速发展，卫星移动通信凭借着自身通信距离远、不受通信两点间任何复杂地理条件限制、不受通信两点间任何自然灾害和人为事件的影响、通信质量高、系统可靠性高等特点，在近年也经历了飞速发展，2018年更是曝光了我国具有完全自主知识产权的卫星移动通信智能终端。卫星移动通信的研究学习具有重要意义，特别是在抗震救灾、应急救援、海上航行等领域更是具有重大的实际应用意义。

目前我国的卫星移动通信系统，由于种种原因，在某些方面并不具有统一的行业标准，在卫星通信地面站设备的控制以及业务层面大部分采用自定义的私有数据接口协议来进行交互，因此不同厂家生产的卫星终端往往不能通用，且一些自定义的数据接口协议在复杂的卫星业务流程中的可靠性也并未经过考验。因此在这里提出一种将简单可靠的AT 指令集应用于卫星通信系统的方案。

本文通过在卫星移动通信系统中应用AT 指令集的实例，重点介绍了AT 指令集的技术特点，其次，重点阐述了卫星移动通信系统的模块组成、工作过程以及AT 指令集在卫星移动通信中的应用。

1 AT 指令集

1.1 AT 指令集简介

AT 命令集是由贺氏公司（Hayes）发明，贺氏公司起初是一家生产拨号调制解调器的公司，而AT 命令集最初的用途正是为了控制拨号调制解调器，其控制协议采用文本格式，且每条指令以AT 打头，AT 指令集因此得名。随着技术的不断进步，低速的拨号调制解调器逐步开始满足不了高带宽、高速率的应用需求，因此逐步被市场所淘汰。贺氏公司也在这一技术升级换代的浪潮中所消失。但是AT 指令却得以保存，其后，当时几家主要的移动电话生产商诺基亚、摩托罗拉、HP 和爱立信基于贺氏的AT指令加以延伸扩展，针对移动电话中的GSM 模块控制，研制出了一套完整的AT 指令。由此，之后的GSM 07.05标准、现在的GSM07.07 标准均将AT 指令纳入其中。并且现在工业上常用的PDU、GPRS 控制等也均采用AT 指令来进行实际的控制。因此，AT 指令也成为了这些产品的事实标准。

1.2 AT 指令集工作原理

ATCoP，是AT Command Processor 的缩写，它是负责软件实现AT 指令的模块，我们对AT 指令的新增和修改都是通过AT 命令处理器来实现的。

其具体流程为：当AT 命令处理器接收到串口的AT 命令，进行相应的解析工作，并根据具体的解析结果去AT 命令表查找是否存在对应的处理选项，若找到对应的项，则继续执行相应的处理过程，并在处理结束后将得到的响应数据返回到串口。AT命令处理器的实现架构如图1所示：

图1 AT命令处理器的实现架构

（1）SIO 数据预处理模块的主要工作是将串口收到的AT命令先进行一个数据预处理，同时，将预处理所产生的非中断（null-terminated）命令行发送给AT 命令解析模块。

（2）AT 命令解析模块对传送来的非中断（null-terminated）命令行进行解析，并将每一个非中断命令行映射成一个token 结构，并将此token 结构放入到队列中，形成AT 命令表，等待AT命令处理模块进行查找调用。

（3）AT 命令处理模块处理AT 命令时，对AT 命令表中的token 结构逐一进行查找，如果查找到匹配选项，则继续执行具体的处理函数，并将此token 结构删除，

（4）AT 命令响应产生模块主要是格式化解析AT 命令产生的响应数据，并将此格式化的响应传送给数据终端设备（Data Terminal Equipment：数据终端设备）。

（5）AT 命令处理器的容错机制为：一次只进行一条AT 指令的处理，并且如果当前AT 命令存在错误，在SIO 数据预处理模块就会给出一个错误响应，并产生一个错误代码，不再对其进行处理。

2 采用AT 指令集的卫星移动通信系统

2.1 卫星移动通信系统组成

常规的卫星移动通信系统主要由卫星、卫星天线、功放及射频模块、信道模块以及用户组成。其基本逻辑机构图如图2所示。

图2 常规卫星移动通信系统逻辑图

其中，地面站网络管理控制中心（Network Contrl Centre，NCC）负责对整个卫星网内的各卫星地面站设备进行入网、退网、建立卫星业务通道、各种业务流程等进行统一的管理控制。卫星地面站设备包括卫星控制信道、卫星业务信道、射频及功放设备、卫星收发天线等。它负担着整个卫星业务的业务流程控制，业务数据采集、调制解调等工作。卫星控制信道主要负责整个卫星地面站设备的入网、退网等控制信令的传输控制，卫星业务信道负责对需要发送的卫星业务数据或者卫星话音数据进行加密、调制解调成射频信号传输给射频设备，或者对接收到的射频信号进行调制解调、解密转变成卫星业务数据或话音数据。射频设备以及卫星收发天线主要负责对经过信道处理的卫星数据进行发送或者接收对端传输来的卫星射频信号。

当卫星地面站设备1的卫星用户1想和卫星地面站设备N 的用户N 进行卫星通信时，用户1通过卫星电话终端或者卫星数据终端进行卫星业务发起，这时，卫星控制信道将对业务发起的控制信令进行处理，通过地面站网络管理控制中心，为两个卫星地面站设备建立空中链路业务通道，之后两个地面站的用户就可以进行需要的业务通信了。当通信结束时，一方用户进行挂机操作，卫星控制终端将会发起业务结束控制信令，拆除两个卫星地面站设备之间的卫星链路。

2.2 系统内AT 指令集的实现

通过前面的简介可以知道，在整个卫星移动通信过程中，由于卫星通信天生的时延等特性，要进行正常的卫星业务通信，对每个卫星地面站设备的入退网管控、话音或者卫星数据流程的发起、结束，卫星业务链路的建立、拆除等控制流程起着至关重要的作用，因此这里我们将简单可靠的AT 指令集引入，作为卫星移动通信系统的控制协议。这里我们将卫星控制信道称之为AT命令解析器（AT Command Processor，AP），将卫星业务信道称之为信道处理器（Channel Processor，CP）在卫星控制信道中使用AT 指令来进行具体对本地面站设备的的控制与解析、对卫星业务流程的发起管理与结束、以及对CP 的设置与查询等指令。在CP 中主要接收来自AP 的一些参数的设置与查询命令，以及根据来自AP 的AT 指令进行业务通信的具体流程。简要的基于AT 指令的卫星移动通行系统逻辑图如图3所示。

2.3 主要业务流程的AT 指令集实现

由于卫星频率资源的紧缺，常规的卫星移动通信终端一般选取低速率的话音以及短数据业务为主要业务，因此这里我们主要讨论AT 指令集在话音和短数据两个业务中的具体控制过程。其中在AP 和CP 中进行的话音和短数据具体处理流程均符合GSM通用标准。在此不再详细介绍。

图3 基于AT指令的卫星移动通行系统逻辑图

2.3.1 卫星话音业务流程

卫星话音业务流程的示意图如图4所示。

图4 卫星话音业务流程示意图

（1）有话音业务发起时，AP 侧根据用户侧发来的信息进行AT 指令转换，AP 下发ATD 指令到CP 进行拨打电话，CP 内会进行一系列的基于AT 指令的电话呼叫流程控制，并且成功返回 OK 。

（2）收到CP 的AT 指令响应之后，AP 下发AT+CLCC 轮询当前话音业务状态，返回结果为+CLCC：，如果当前存在多通电话，则返回多条+CLCC 信息，每条对于一个电话。

2.3.2 卫星短数据业务流程

卫星短数据业务流程示意图如图5所示。

图5 卫星短数据业务流程示意图

本例是以一条长短信发送为示例：

（1）用户侧将需要发送的短数据发送到AP，AP 侧进行AT命令封装并下发+CMGS 命令带上长度参数。

（2）随后AP 端使用AT 指令下发第一条短信PDU。

（3）AP 侧收到下发成功响应+CMGS：1和 OK 。

（4）3s 内AP 端下发第二条+CMGS 命令带上长度参数。

（5）AP 端下发第二条短信PDU。

（6）AP 侧收到下发成功响应+CMGS：1和 OK 。

3 结束语

本文主要提出了一种将AT 指令集应用于卫星移动通信系统的设计方案，主要介绍了AT 指令集的工作原理，其次重点介绍了卫星移动通信系统组成，以及将AT 指令集应用于该系统的方案，并详细介绍了在主要卫星业务流程中AT 指令集的工作过程。该方案使用简单可靠的AT 指令集，大大简化了系统的复杂度，同时AT 指令集是一种开放的公用标准，便于行业内进行相互的学习进步。因此在卫星移动通信系统中使用AT 指令集使得系统的实时性、可靠性等都具有一定优势。