文章来源：FPGA入门到精通
你是否好奇无线遥控器、智能门锁如何传递信号？
今天我们就来揭秘一种简单又神奇的通信技术——ASK调制（振幅键控调制）。
一、什么是调制?
调制与解调是通信系统中实现信号传输的核心技术。
调制是指将基带信号（原始信息信号，如声音、数据等）通过改变载波信号（高频电磁波）的某些参数（如幅度、频率、相位），形成适合信道传输的已调信号的过程，其核心目的是实现频谱搬移，使低频或基带信号能够借助高频载波进行高效、远距离传输。
1、基本组成
基带信号：需要传输的原始信号（如语音、图像、数据等）。
载波：高频正弦波或电磁波，用于“承载”基带信号。其特性（振幅、频率、相位）受基带信号控制而变化。
已调信号：经过调制后的信号，兼具基带信息与载波的高频特性。
2、核心作用
频谱适配：基带信号通常低频且带宽大，直接传输需极大天线（如20Hz音频需千米级天线），调制后高频信号可缩小天线尺寸。
抗干扰与复用：调制可提升信号抗噪声能力，并支持多路信号通过不同载波频率同时传输（频分复用）。
高效传输：高频载波更适合长距离无线传播或特定信道（如光纤、电缆）的物理特性
3、分类与技术类型
（1）模拟调制
基带信号为连续模拟量，包括：
调幅（AM） ：载波幅度随基带信号变化。
调频（FM） ：载波频率随基带信号变化。
调相（PM） ：载波相位随基带信号变化。
（2）数字调制
基带信号为离散数字信号，包括：
ASK（振幅键控） 、 FSK（频移键控） 、 PSK（相移键控） 等，通过载波参数跳变表示二进制数据。
（3）脉冲调制
如脉宽调制（PWM）、脉码调制（PCM），用于数字信号编码。
二、什么是ASK？
ASK（Amplitude Shift Keying）是一种通过改变载波幅度来传递数字信号的技术。
举个例子：假设你用灯光传递莫尔斯电码，“亮”表示1，“灭”表示0——这就是ASK的简化版！
ASK调制系统模型如下：
将二进制数据（0和1）映射到载波幅度的变化上。例如，数字信号为“1”时输出载波，为“0”时关闭载波，这种特例称为 OOK（开关键控）。数学表达式为：
其中，d(t)为基带数字信号（0或1），A为载波幅度。
信号生成：基带矩形脉冲直接与载波相乘，实现幅度调制。
二进制ASK（2-ASK） ：当数字信号为“1”时，载波以固定幅度输出；为“0”时，载波关闭（即幅度为0）。这种方式也称为 开关键控（OOK） ，是最简单的ASK实现形式。
多进制ASK（如4-ASK） ：通过多个幅度等级表示更复杂的符号（如“00”“01”“10”“11”），从而提高传输效率。
三、Python实现
使用Python代码实现ASK调制。
python代码如下：
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 参数定义
fs = 1000 # 采样频率
t = np.arange(0, 1, 1/fs) # 时间向量
fc = 100 # 载波频率
data = [1, 0, 1, 1, 0, 1, 0, 0, 1, 1] # 基带信号
# 创建基带信号
data_mod = np.repeat(data, len(t)//len(data))
data_mod = data_mod[:len(t)]
# 创建载波信号
carrier = np.cos(2 * np.pi * fc * t)
# ASK调制
ask_signal = data_mod * carrier
# 绘制ASK信号
plt.figure(figsize=(10, 8))
plt.subplot(3, 1, 1)
plt.plot(t, data_mod)
plt.title('基带信号')
plt.subplot(3, 1, 2)
plt.plot(t, carrier)
plt.title('载波信号')
plt.subplot(3, 1, 3)
plt.plot(t, ask_signal)
plt.title('ASK调制信号')
plt.tight_layout()
plt.show()
运行效果：
1. 基带信号：这是原始的数字信号，由0和1组成。
2. 载波信号：这是一个余弦波，频率为100Hz。
3. ASK调制信号：这是基带信号和载波信号相乘的结果，展示了振幅随基带信号变化而变化的特点。
三、ASK的优缺点：为什么选它？
优点
简单易实现：调制解调无需复杂算法，适合低成本、低功耗场景（如RFID标签、遥控器）。
低功耗：发送“0”时几乎不耗电，适合植入式医疗设备（如神经刺激器）。
节省空间：无需大电容解调，适合微型芯片。
缺点
抗噪声能力弱：幅度易受信道干扰影响，误码率较高。
带宽效率低：二进制ASK的带宽需求是基带信号的两倍，多进制ASK虽提升效率，但仍低于QAM等混合调制技术。
四、ASK在哪儿用？这些场景你肯定见过！
无线遥控器：车钥匙、空调遥控器通过ASK发送指令。
RFID标签：超市商品标签通过反射/吸收电磁波传递信息。
生物医学植入物：如人工耳蜗，用低功耗ASK传输数据。
低速传感器网络：温湿度传感器用ASK上报数据。
五、性能对比与优化方向
吞吐量与重传率：实验表明，4-ASK的吞吐量高于2-ASK（如信道条件C下可达更高Mbps），且重传率更低。
信噪比适应性：在高信噪比（SNR>6 dB）条件下，ASK的传输效率接近PAM，但在低SNR时性能下降显著。
未来优化：结合前向纠错（FEC）技术或与PSK/QAM混合调制，可提升抗干扰能力和频谱利用率。
六、总结：为什么技术小白要了解ASK？
ASK虽“古老”，但凭借简单、低耗、易集成的优势，仍在物联网、医疗等领域焕发新生。
它像通信世界的“基础积木”，理解它能为学习更复杂的调制技术（如FSK、PSK）打下基础。