AT 指令集在移動衛星通信中的應用

周琳凱，李晴飛，顧法令

（1.南京熊貓漢達科技有限公司，南京 210003；2.無錫威孚高科技集團股份有限公司，無錫 214000）

隨著現代信息技術的高速發展，衛星移動通信憑借著自身通信距離遠、不受通信兩點間任何復雜地理條件限制、不受通信兩點間任何自然災害和人為事件的影響、通信質量高、系統可靠性高等特點，在近年也經歷了飛速發展，2018年更是曝光了我國具有完全自主知識產權的衛星移動通信智能終端。衛星移動通信的研究學習具有重要意義，特別是在抗震救災、應急救援、海上航行等領域更是具有重大的實際應用意義。

目前我國的衛星移動通信系統，由于種種原因，在某些方面并不具有統一的行業標準，在衛星通信地面站設備的控制以及業務層面大部分采用自定義的私有數據接口協議來進行交互，因此不同廠家生產的衛星終端往往不能通用，且一些自定義的數據接口協議在復雜的衛星業務流程中的可靠性也并未經過考驗。因此在這里提出一種將簡單可靠的AT 指令集應用于衛星通信系統的方案。

本文通過在衛星移動通信系統中應用AT 指令集的實例，重點介紹了AT 指令集的技術特點，其次，重點闡述了衛星移動通信系統的模塊組成、工作過程以及AT 指令集在衛星移動通信中的應用。

1 AT 指令集

1.1 AT 指令集簡介

AT 命令集是由賀氏公司（Hayes）發明，賀氏公司起初是一家生產撥號調制解調器的公司，而AT 命令集最初的用途正是為了控制撥號調制解調器，其控制協議采用文本格式，且每條指令以AT 打頭，AT 指令集因此得名。隨著技術的不斷進步，低速的撥號調制解調器逐步開始滿足不了高帶寬、高速率的應用需求，因此逐步被市場所淘汰。賀氏公司也在這一技術升級換代的浪潮中所消失。但是AT 指令卻得以保存，其后，當時幾家主要的移動電話生產商諾基亞、摩托羅拉、HP 和愛立信基于賀氏的AT指令加以延伸擴展，針對移動電話中的GSM 模塊控制，研制出了一套完整的AT 指令。由此，之后的GSM 07.05標準、現在的GSM07.07 標準均將AT 指令納入其中。并且現在工業上常用的PDU、GPRS 控制等也均采用AT 指令來進行實際的控制。因此，AT 指令也成為了這些產品的事實標準。

1.2 AT 指令集工作原理

ATCoP，是AT Command Processor 的縮寫，它是負責軟件實現AT 指令的模塊，我們對AT 指令的新增和修改都是通過AT 命令處理器來實現的。

其具體流程為：當AT 命令處理器接收到串口的AT 命令，進行相應的解析工作，并根據具體的解析結果去AT 命令表查找是否存在對應的處理選項，若找到對應的項，則繼續執行相應的處理過程，并在處理結束后將得到的響應數據返回到串口。AT命令處理器的實現架構如圖1所示：

圖1 AT命令處理器的實現架構

（1）SIO 數據預處理模塊的主要工作是將串口收到的AT命令先進行一個數據預處理，同時，將預處理所產生的非中斷（null-terminated）命令行發送給AT 命令解析模塊。

（2）AT 命令解析模塊對傳送來的非中斷（null-terminated）命令行進行解析，并將每一個非中斷命令行映射成一個token 結構，并將此token 結構放入到隊列中，形成AT 命令表，等待AT命令處理模塊進行查找調用。

（3）AT 命令處理模塊處理AT 命令時，對AT 命令表中的token 結構逐一進行查找，如果查找到匹配選項，則繼續執行具體的處理函數，并將此token 結構刪除，

（4）AT 命令響應產生模塊主要是格式化解析AT 命令產生的響應數據，并將此格式化的響應傳送給數據終端設備（Data Terminal Equipment：數據終端設備）。

（5）AT 命令處理器的容錯機制為：一次只進行一條AT 指令的處理，并且如果當前AT 命令存在錯誤，在SIO 數據預處理模塊就會給出一個錯誤響應，并產生一個錯誤代碼，不再對其進行處理。

2 采用AT 指令集的衛星移動通信系統

2.1 衛星移動通信系統組成

常規的衛星移動通信系統主要由衛星、衛星天線、功放及射頻模塊、信道模塊以及用戶組成。其基本邏輯機構圖如圖2所示。

圖2 常規衛星移動通信系統邏輯圖

其中，地面站網絡管理控制中心（Network Contrl Centre，NCC）負責對整個衛星網內的各衛星地面站設備進行入網、退網、建立衛星業務通道、各種業務流程等進行統一的管理控制。衛星地面站設備包括衛星控制信道、衛星業務信道、射頻及功放設備、衛星收發天線等。它負擔著整個衛星業務的業務流程控制，業務數據采集、調制解調等工作。衛星控制信道主要負責整個衛星地面站設備的入網、退網等控制信令的傳輸控制，衛星業務信道負責對需要發送的衛星業務數據或者衛星話音數據進行加密、調制解調成射頻信號傳輸給射頻設備，或者對接收到的射頻信號進行調制解調、解密轉變成衛星業務數據或話音數據。射頻設備以及衛星收發天線主要負責對經過信道處理的衛星數據進行發送或者接收對端傳輸來的衛星射頻信號。

當衛星地面站設備1的衛星用戶1想和衛星地面站設備N 的用戶N 進行衛星通信時，用戶1通過衛星電話終端或者衛星數據終端進行衛星業務發起，這時，衛星控制信道將對業務發起的控制信令進行處理，通過地面站網絡管理控制中心，為兩個衛星地面站設備建立空中鏈路業務通道，之后兩個地面站的用戶就可以進行需要的業務通信了。當通信結束時，一方用戶進行掛機操作，衛星控制終端將會發起業務結束控制信令，拆除兩個衛星地面站設備之間的衛星鏈路。

2.2 系統內AT 指令集的實現

通過前面的簡介可以知道，在整個衛星移動通信過程中，由于衛星通信天生的時延等特性，要進行正常的衛星業務通信，對每個衛星地面站設備的入退網管控、話音或者衛星數據流程的發起、結束，衛星業務鏈路的建立、拆除等控制流程起著至關重要的作用，因此這里我們將簡單可靠的AT 指令集引入，作為衛星移動通信系統的控制協議。這里我們將衛星控制信道稱之為AT命令解析器（AT Command Processor，AP），將衛星業務信道稱之為信道處理器（Channel Processor，CP）在衛星控制信道中使用AT 指令來進行具體對本地面站設備的的控制與解析、對衛星業務流程的發起管理與結束、以及對CP 的設置與查詢等指令。在CP 中主要接收來自AP 的一些參數的設置與查詢命令，以及根據來自AP 的AT 指令進行業務通信的具體流程。簡要的基于AT 指令的衛星移動通行系統邏輯圖如圖3所示。

2.3 主要業務流程的AT 指令集實現

由于衛星頻率資源的緊缺，常規的衛星移動通信終端一般選取低速率的話音以及短數據業務為主要業務，因此這里我們主要討論AT 指令集在話音和短數據兩個業務中的具體控制過程。其中在AP 和CP 中進行的話音和短數據具體處理流程均符合GSM通用標準。在此不再詳細介紹。

圖3 基于AT指令的衛星移動通行系統邏輯圖

2.3.1 衛星話音業務流程

衛星話音業務流程的示意圖如圖4所示。

圖4 衛星話音業務流程示意圖

（1）有話音業務發起時，AP 側根據用戶側發來的信息進行AT 指令轉換，AP 下發ATD 指令到CP 進行撥打電話，CP 內會進行一系列的基于AT 指令的電話呼叫流程控制，并且成功返回 OK 。

（2）收到CP 的AT 指令響應之后，AP 下發AT+CLCC 輪詢當前話音業務狀態，返回結果為+CLCC：，如果當前存在多通電話，則返回多條+CLCC 信息，每條對于一個電話。

2.3.2 衛星短數據業務流程

衛星短數據業務流程示意圖如圖5所示。

圖5 衛星短數據業務流程示意圖

本例是以一條長短信發送為示例：

（1）用戶側將需要發送的短數據發送到AP，AP 側進行AT命令封裝并下發+CMGS 命令帶上長度參數。

（2）隨后AP 端使用AT 指令下發第一條短信PDU。

（3）AP 側收到下發成功響應+CMGS：1和 OK 。

（4）3s 內AP 端下發第二條+CMGS 命令帶上長度參數。

（5）AP 端下發第二條短信PDU。

（6）AP 側收到下發成功響應+CMGS：1和 OK 。

3 結束語

本文主要提出了一種將AT 指令集應用于衛星移動通信系統的設計方案，主要介紹了AT 指令集的工作原理，其次重點介紹了衛星移動通信系統組成，以及將AT 指令集應用于該系統的方案，并詳細介紹了在主要衛星業務流程中AT 指令集的工作過程。該方案使用簡單可靠的AT 指令集，大大簡化了系統的復雜度，同時AT 指令集是一種開放的公用標準，便于行業內進行相互的學習進步。因此在衛星移動通信系統中使用AT 指令集使得系統的實時性、可靠性等都具有一定優勢。