ASK和FSK调制汽车遥控系统应用综述

孙 军，张 林，李国庆，王礼建

（上海汽车乘用车技术中心 （南京）电器部，江苏 南京 210061）

近年来，数字通信技术的飞速发展以及处理芯片性能的提高，极大扩展了数字处理系统的应用范围。目前，在汽车射频功能上，广泛采用两种射频载波方式:ASK和FSK，它们有各自的优缺点。根据国家 《微功率 （短距离）无线电设备的技术要求》规定，汽车能够使用的载波频率为314～316 MHz、430～432 MHz、 433.00～434.79 MHz， 辐射强度最大为10 mW。欧洲74／61／EEC规定，汽车能够使用的载波的频率为433.92MHz，辐射强度最大为25mW。

1 基本概念

1.1 幅移键控ASK信号

幅移键控 （Amplitude Shift Keying，简写为ASK）信号相当于模拟信号的调幅，只不过与载波相乘的是二进制码，载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有或无来代表信号的1或0，这样就可以得到ASK信号，这种二进制幅移键控方式称为通-断键控。2ASK通信系统结构框图见图1，2ASK信号典型时域波形图见图2。

1.2 频移键控FSK信号

频移键控 （Frequency Shift Keying，简写为FSK），是利用载波的频率参量来携带数字信息的调制方式。常用的是二进制频率键控信号，即2FSK。2FSK信号典型时域波形图见图3，2FSK通信系统结构图见图4。

1.3 弗列斯公式

针对超高频 （300～3000MHz）通信，射程能力是首要关注。弗列斯公式是超高频的重要公式，描述了在自由空间的射频通信中各重要参数之间的关系。

式中:PR——接收功率；PT——发射功率；GT——发射天线增益；GR——接收天线增益；λ——射频波长；d——发射和接收器之间的距离；n——环境幂指数。

公式描述了接收信号的强度与以下几个信号的关系:①发射功率的强度；②发送和接收的天线增益；③载波信号的波长；④发送和接收距离。

2 ASK与FSK的性能比较

2.1 ASK与FSK实现方式

2.1.1 ASK和FSK发射典型电路

1）以射频芯片T5754为例，ASK发射典型电路见图5。

当单片机ATARx9x控制的T5754的ENABLE=0&PA_ENABLE=0，T5754将处在低功耗模式，所有器件处在静默状态，静态电流非常的小。

当单片机ATARx9x控制的T5754的ENABLE=1&PA_ENABLE=0，T5754仅有晶振输入XTO和锁相环PLL运行，定时CLK驱动被打开，压控振荡器VCO输出频率锁定为XTO输入晶振的32倍 （为载波频率），但此时PA放大器没有输出，它相当于输出0数据。

当单片机ATARx9x控制的T5754的ENABLE=1&PA_ENABLE=1，T5754晶振输入XTO和锁相环PLL运行，定时CLK驱动被打开，压控振荡器VCO输出频率锁定为XTO输入晶振的32倍 （为载波频率），此时PA放大器有输出，通过天线ANT1和ANT2，发射出高频信号，此时输出数据为1。

2）以芯片T5754为例，FSK发射典型电路见图6。

FSK与ASK电路的差别在于数据芯片上增加一个控制端口，板间布置一个电容，通过此电路改变晶振频率，抑制载波频率不同。

当单片机ATARx9x控制的T5754的ENABLE=0&PA_ENABLE=0，T5754将处在低功耗模式，所有器件处在静默状态，静态电流非常的小。

当单片机ATARx9x控制的T5754的ENABLE=1&PA_ENABLE=1，T5754晶振输入XTO和锁相环PLL运行，定时CLK驱动被打开，压控振荡器VCO输出频率锁定为XTO输入晶振的32倍 （为载波频率）。此晶振频率可通过单片机ATARx9x的一个可控MOS开关引脚BP42／T2O=0而变化。此时PA放大器有输出，通过天线ANT1和ANT2，发射出载波f0，此时输出0信息。

当单片机ATARx9x控制的T5754的ENABLE=1&PA_ENABLE=1，T5754晶振输入XTO和锁相环PLL运行，定时CLK驱动被打开，压控振荡器VCO输出频率锁定为XTO输入晶振的32倍 （为载波频率）。此晶振频率可通过单片机ATARx9x的一个可控MOS开关引脚BP42／T2O=1而变化。此时PA放大器有输出，通过天线ANT1和ANT2，发射载波f1，此时输出1信息。

通过单片机ATARx9x的一个可控MOS开关引脚BP42／T2O控制晶振频率，VCO处的载波f0与f1频率相差21kHz。

2.1.2 ASK和FSK接收典型电路

以TD5210为例，ASK／FSK选择开关MSEL搭铁或者悬空，就可切换两种模式，接收典型电路如图7所示。此开关控制了一个2档可控的放大器，其中一个是针对ASK的，只有单级增益的放大器，另一个针对FSK，有11级增益放大器。ASK的数据通道频率仅被数据滤波器控制，采用的是低通。FSK数据通道分了高通和低通，低通截止频率受外部RC电路决定，高通截止频率由数据滤波器决定。

2.2 ASK与FSK的接收性能比较

根据弗列斯公式，ASK与FSK在相同的接收条件下，有载波发射时，接收的功率是相同的，接收的性能是一样的，但由于ASK与FSK在发送0时是有

2.3 ASK与FSK功率消耗比较

当0数据发送时，ASK是没有载波信号发出的，因此，硬件功率消耗很低，基本可以忽略，但FSK调制方式还需要有高频载波发出，功耗与发送1数据功耗一致。因此，在工作状态下，FSK功率消耗约为ASK功率消耗的2倍。以汽车遥控系统ASK与FSK遥控寿命为例，即

ASK寿命计算:N （有效次数）=电池有效容量／（按键平均电流×按键时间）=225mAh×50%／（150mA×100ms／3600000）=27000； T（天数）=有效次数／（每日的按键次数）=N／（20次／天）=1350天。

FSK寿命计算:N（有效次数）=电池有效容量／（按键平均电流×按键时间）=225 mAh×50% ／（280 mA×100ms／3600000）=14423； T（天数）=有效次数／（每日的按键次数）=N／（20次 ／天）=721.1天。

通过计算得知:遥控器使用ASK调制方式的寿命比FSK调制方式多600多天。

2.4 ASK与FSK的带宽

由于FSK使用的是两个高频段的载波f1和f2，f1与f2之间相差21kHz，ASK仅有一个高频载波，因此FSK比ASK所占的带宽要宽。

3 PSK调制方式介绍

FSK信号受到干扰小，ASK占用带宽窄，一种调制方式相移键控 （Phase Shift Keying，简写为区别的，因而它们的接收性能有很大区别。在ASK调制中，发送代表0数据时，发射天线上是没有载波发出的，此时接收器是被动地等待发送的数据，如果采样时间内没有信号的跳变，就认为是0，但是现实空间存在很多的干扰，造成接收器无法正常解调信号。FSK调制中，发送代表0数据时，是高频的载波，它受干扰较小，接收器能正常解调信号，因而FSK接收性能要优于ASK。

通过雷达图测试方案，在空旷的场地，划定24区域做圆周测试，ASK与FSK两种不同调制方式的测试结果见图8和见图9，表1为ASK与FSK接收数据对比。

由表1可知，在遥控距离大于15 m之后，FSK接收性能比ASK高10%。PSK）在载波频率不变的情况下，综合了FSK和ASK两者的优点，并且在相同信噪比和解调方式下，PSK误码率最小，它是受键控的载波相位按数字基带脉冲的规律而改变的一种数字调制方式。这种以载波的不同相位直接表示相应数字信息的相位键控，通常被称为绝对移相方式。当基带信号为二进制数字脉冲序列时，所得到的相位键控信号为二进制相位键控，即2PSK。2PSK信号的典型时域波形图见图10。

表1 ASK与FSK接收性能数据对比

PSK调制的发射电路与FSK调制的电路区别不大，增加了相位转换电路，接收解调方法可采用相位比较法。

ASK、FSK以及PSK目前的调制方式多为单工的方式，主要是因为频带使用受限，传送数据量有限。如果改为双工方式，不仅现有的接收和发送电路成本大幅增加，同时数据传送量少，稳定性也不高，对于未来的基于GPS的寻车、远程起动、遥控驾驶车辆是不能胜任的。目前，我们在研究基于CDMA、TDMA 3G手机与车辆智能通信系统，现已完成虚拟模型搭建，试验室的测试效果满足预期效果，结果可行。

4 结论

本文详细介绍了射频领域常用的两种调制方式ASK与FSK，以及实际应用中的相对优缺点。ASK与FSK在接收和发射逻辑电路上差异很小，ASK调制方式接收性能低于FSK调制方式，但在工作状态，ASK调制方式的功率消耗远低于FSK调制方式，并且带宽占用窄。目前，所有的汽车厂在遥控系统（遥控钥匙和整车）上通常采用ASK调制方式，这主要是从成本和遥控钥匙使用寿命上考虑；在胎压检测系统 （4个轮胎胎压传感器和整车之间）上通常采用FSK，这主要是因为胎压检测的使用电磁环境复杂，对载波抗干扰能力要求高。同时，介绍了一种改进的集ASK占用带宽窄和FSK接收性能高的优点于一体的调制方式PSK。针对未来基于射频的复杂功能，提出了基于3G的双工通信方案。

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