现代智能汽车中的无线技术88——433MHz（0）

《Sub-1GHz频段：车钥匙与胎压传感器的技术密码》

在5G时代，车钥匙和胎压传感器仍坚守Sub-1GHz频段（如433MHz、315MHz），原因有三：

物理优势：长波长绕射能力强，可穿透地下车库障碍物，而2.4GHz蓝牙易被阻挡；
低功耗：纽扣电池可支持数年续航，100米遥控距离，因低频路径损耗远低于高频；
全球法规适配：各国频段分裂（中国/欧洲用433MHz，美日用315MHz），硬件通过宽频电路或分区域设计兼容。

调制技术从ASK（易受干扰）演进至FSK/GFSK（抗噪性强），编码采用曼彻斯特或PWM确保信号同步。Sub-1GHz凭借穿透力、能效和法规成熟度，仍是汽车电子不可替代的通信方案。

在5G、UWB和Wi-Fi 6大行其道的今天，为什么我们手里的车钥匙、轮胎里的胎压传感器（TPMS）依然坚守着看似古老的 Sub-1GHz（1GHz以下）频段？答案很简单：在汽车电子的残酷生存环境中，物理定律决定了它是"低功耗长距离"的王者。它不需要传输4K视频，它只需要在地下车库的拐角处，用一颗纽扣电池喊出一声："芝麻开门"。

以下是 Sub-1GHz 频谱全景的深度解析。

1 全球法规地图：车企的"频段分裂症" 作为一名汽车电子工程师，你接到的第一个噩耗通常是：同一款车钥匙，卖到不同国家，必须用不同的频率。无线电频谱是国家主权资源，全球并未统一。

区域	核心频率	应用场景与备注
🇨🇳 中国 & 🇪🇺 欧洲	433.92 MHz	绝对主流。属于 ISM（工业/科学/医疗）频段。几乎所有在中国和欧洲销售的车钥匙都用这个。
🇺🇸 美国 & 🇯🇵 日本	315 MHz	北美和日本的传统车库门、遥控钥匙标准。注意：很多跨国车企（如丰田、通用）为了省事，早期全球车型都偏向315，但现在逐渐分裂适配。
🇪🇺 欧洲 (高端)	868 MHz	为什么会有这个？因为433太拥挤了（到处都是廉价遥控玩具）。高端车型（如奥迪、宝马）为了抗干扰和更宽松的占空比限制，常选用868 MHz。
🇺🇸 美国 (长距)	915 MHz	穿透力不如315/433，但带宽更大，常用于不仅需要开锁，还需要回传车辆状态（如远程启动看温度）的长距离双向钥匙。

🛠️ 工程师策略：为了应对这种分裂，硬件设计通常采用宽频匹配电路或分区域贴片（BOM Option），而软件层面则通过寄存器配置锁相环（PLL）频率。

2 物理特性：绕射能力（Diffraction）------为什么蓝牙做不到？用户常问："我的手机蓝牙也能开锁，为什么还要带把钥匙？" 场景实测：当你手里拎着东西，钥匙在裤兜里，而且你站在一根巨大的混凝土柱子后面按解锁。

433 MHz 钥匙：车辆解锁，车灯闪烁。✅
2.4 GHz 蓝牙：没反应，需要你掏出手机举起来。❌

这就是绕射（Diffraction）的力量。 1. 波长公式：λ=c/fλ=c/f

433 MHz 的波长 ≈≈ 70 厘米。
2.4 GHz (蓝牙) 的波长 ≈≈ 12.5 厘米。

物理现象解析

绕射（拐弯能力）：波长越长，越容易绕过障碍物。70厘米的波浪可以轻松"跨过"或"绕过"人体、金属柱子甚至汽车本身的发动机舱。
穿透损耗：电磁波穿过混凝土墙时，频率越高，衰减越剧烈（能量被墙体吸收）。433MHz 就像低音炮（Bass），能穿墙而过；2.4GHz 就像高音（Treble），会被墙壁挡住。

结论：在复杂的停车场环境（钢筋混凝土、多径反射），Sub-1GHz 是物理层面最可靠的信使。

3 链路预算（Link Budget）：如何让纽扣电池发射 100 米？车钥匙不仅要穿墙，还得"长寿"。挑战：一颗 CR2032 纽扣电池（3V, 220mAh），要求待机 3-5 年，且能支持 100米的遥控距离。这需要精打细算的链路预算。公式：PRX=PTX+GTX+GRX−LPath−LMiscPRX=PTX+GTX+GRX−LPath−LMisc (接收功率 = 发射功率 + 天线增益 - 路径损耗 - 其他损耗) 1. 发射端（TX）：带着脚镣跳舞

功率限制：法规限制最大发射功率通常在 10mW (10dBm) 左右。再高就违规了。
电池限制：发射瞬间电流不能太大（通常 < 30mA），否则CR2032电压会瞬间跌落导致复位。

接收端（RX）：顺风耳的极致

为了弥补发射功率的不足，车端的接收芯片（如 NXP NCF系列或 TI CC系列）灵敏度极高。
典型灵敏度：-110 dBm 至 -120 dBm。
这意味着，哪怕信号衰减到只剩下 0.00000000001 毫瓦，车子也能听到钥匙的呼唤。

频率的"红利"

自由空间路径损耗公式：L=20log⁡10(d)+20log⁡10(f)+32.44L=20log10(d)+20log10(f)+32.44
注意其中的 ff (频率) 项。频率每降低一半（从 2.4GHz 降到 433MHz 约缩小6倍），路径损耗就会大幅降低。
算账：在同等发射功率下，433MHz 信号在空气中传输 100米后的剩余能量，比 2.4GHz 高出约 15dB。
省电真相：为了在蓝牙频段达到同样的覆盖范围，你需要把发射功率加大几十倍，那样纽扣电池几天就没电了。

总结 433MHz (及 Sub-1GHz 家族) 之所以没被淘汰，是因为它在物理层占据了不可替代的生态位：

法规成熟：全球通用的免授权频段。
物理穿透：波长长，绕射强，非视距传输（NLOS）性能无敌。
极致能效：用最低的能量，换取最远的传输距离。

只要车钥匙还用纽扣电池，只要混凝土墙还存在，Sub-1GHz 就依然是这个领域的霸主。

调制方式三剑客：ASK、FSK 与 GFSK

调制（Modulation）就是让无线电波"携带"信息的方式。在车钥匙领域，经历了从简陋到精致的进化。

⚔️ 1. ASK / OOK (Amplitude Shift Keying / On-Off Keying) ------ "手电筒战术"

这是最早期的车钥匙（约2005年以前）和现在廉价电动车遥控器的主流技术。

原理：最简单的 ASK 形式就是 OOK。
逻辑 1 = 有载波发射（灯亮）。
逻辑 0 = 无载波发射（灯灭）。
优点：极度便宜。发射端只需要一个开关电路，甚至不需要复杂的频率合成器；接收端只需要一个包络检波器。
缺点：抗干扰能力极差。任何突发的电磁噪声（闪电、劣质LED屏电源）都会被误认为是"逻辑1"。

⚔️ 2. FSK (Frequency Shift Keying) ------ "变调歌唱家"

这是目前主流合资与国产车型（RKE - 遥控钥匙）的标准配置。

原理：载波一直存在，通过微调频率来代表数据。
逻辑 1 = 频率 fc+Δffc+Δf (例如 433.95 MHz)。
逻辑 0 = 频率 fc−Δffc−Δf (例如 433.89 MHz)。
优点：恒定包络。因为信号幅度不变，它天生对幅度噪声（如静电火花、电机干扰）免疫。这使得 FSK 钥匙在嘈杂环境下的表现远好于 ASK。

⚔️ 3. GFSK (Gaussian FSK) ------ "优雅的高端玩家"

常见于带无钥匙进入（PKE）或双向长距离通信的高端车型。

痛点：普通的 FSK 在频率瞬间切换（0变1）时，相位突变会产生"毛刺"，导致频谱泄露，干扰相邻频道。
原理：在 FSK 调制之前，先让数据通过一个高斯低通滤波器 (Gaussian Filter)。
它把方波变成了平滑的波形，让频率的切换过程变得"圆润"而非生硬。
优点：频谱效率高。可以在更窄的带宽传输更快的数据，且不容易干扰别人。是现代高性能射频芯片（如 NXP Pyxis, TI CC1101）的标配。

编码原理：由于没有"时钟线"，我们必须自带节奏

在无线传输中，没有一根物理的"时钟线"连接车和钥匙。如果发送一连串的 000000，接收端很容易数错这是6个0还是7个0。

因此，我们需要线路编码 (Line Coding)，把时钟信号"埋"进数据里。

⏱️ 1. 曼彻斯特编码 (Manchester Encoding)

这是汽车遥控最经典的编码方式。

规则：它不用电平高低表示 0/1，而是用跳变方向。
逻辑 0：电平从高 -> 低跳变。
逻辑 1：电平从低 -> 高跳变。
(注：IEEE与Thomas标准定义方向相反，具体看芯片手册)
精髓：每一位数据中间都有一次跳变。
车端的接收芯片只要检测到跳变，就能同步时钟（Bit Synchronization）。永远不会因为长串的 0 或 1 而"迷路"。
代价：带宽翻倍。传输 1 bit 的信息需要 2 个码元的时间。

⏱️ 2. PWM 编码 (Pulse Width Modulation)

常见于一些日系老款车型或特定私有协议。

规则：用脉冲的宽度来区分。
逻辑 0：宽脉冲（如 66% 占空比）。
逻辑 1：窄脉冲（如 33% 占空比）。
特点：相对曼彻斯特编码，软解码（用单片机IO口捕获）更容易实现，但抗噪性略弱。

3 为什么老式钥匙容易被干扰？（OOK vs FSK 的生死局）

场景还原：你把车停在了一个大型商场的户外LED广告大屏下面，或者停在电视台发射塔附近。如果是老款车（使用 ASK/OOK），你可能死活锁不上车；但旁边的新款车（使用 FSK）却毫无压力。

这背后的物理原因在于 AGC（自动增益控制）与噪声机制。

ASK/OOK 的死穴：AGC 饱和

接收机制：ASK 接收机依靠判断"音量大小"来区分 0 和 1。
AGC 的作用：为了听清远处的弱信号，接收机会自动把"音量"调大；如果是近处强信号，它会把"音量"调小。
干扰场景：LED大屏的电源会发出强烈的、连续的宽带电磁噪声（白噪声）。
后果：接收机探测到环境很吵，AGC 会疯狂降低增益（调小音量）。结果是，真正的钥匙信号（虽然可能比噪声大一点）也被一起压低到了阈值以下。接收机"聋"了。

FSK 的免疫力：捕获效应 (Capture Effect)

接收机制：FSK 接收机不看"音量"，只听"音调"（频率）。
鉴频器特性：FM/FSK 解调器有一种神奇的捕获效应。只要有用信号比干扰信号稍微强一点点（哪怕只有 3dB），解调器就会完全锁定强信号，而把弱的干扰信号彻底抑制掉。
结果：即使背景噪音很大（幅度干扰），只要它没有刚好落在 433.92MHz ± 偏差频率的那个精准点上，FSK 接收机都能像在嘈杂夜店里只听清那一声哨响一样，精准解调出数据。

总结

ASK/OOK + PWM：属于上个时代的产物，成本极低，但容易被环境噪声"堵嘴"。
FSK/GFSK + Manchester：现代车钥匙的黄金组合。利用频率调制抵抗幅度噪声，利用曼彻斯特编码实现自带时钟同步，确保了你在 100 米外按下钥匙时的那种"稳稳的幸福"。