第10章 数字信号的载波传输(1)
通信原理(人民邮电出版社第2版)课后作业答案
第1章 绪论1-4 设有一离散无记忆信源,其概率空间为(1) 求每个符号的信息量;(2) 信源发出一消息符号序列为(202 120 130 213 001203 210110 321 010 021 032011 223 210)求该消息序列的信息量和平均每个符号携带的信息量.解：（1）根据题意，可得：23(0)log (0)log 1.4158I P =-=-≈比特21(1)log (1)log 24I P =-=-= 比特 21(2)log (2)log 24I P =-=-= 比特 21(3)log (3)log 38I P =-=-= 比特（2）法一：因为离散信源是无记忆的，所以其发出的消息序列中各符号是无依赖的、统计独立的。
因此，此消息的信息量就等于消息中各个符号的信息量之和。
此消息中共有14个“0”符号，13个“1”符号，12个“2”符号，6个“3”符号，则该消息的信息量是：14(0)13(1)12(2)6(3)I I I I I =+++14 1.41513212263≈⨯+⨯+⨯+⨯87.81≈ 比特此消息中共含45个信源符号，这45个信源符号携带有87.81比特信息量，则此消息中平均每个符号携带的信息量为287.81/45 1.95I =≈ 比特/符号法二：若用熵的概念计算，有222331111()log 2log log 1.906(/)884488H x bit =--⨯-=符号说明：以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处理方法不同，前一种按算术平均的方法进行计算，后一种是按熵的概念进行计算，结果可能存在误差。
这种误差将随消息中符号数的增加而减少。
1-10 计算机终端通过电话信道(设信道带宽为3400Hz)传输数据.(1) 设要求信道的S/N=30dB,试求该信道的信道容量是多少?(2) 设线路上的最大信息传输速率为4800bit/s,试求所需最小信噪比为多少?解：(1) 因为S/N =30dB,即1010log 30S dB N =，得：S/N=1000由香农公式得信道容量2log (1)S C B N =+ 23400l o g (11000)=⨯+ 333.8910/b i t s ≈⨯ （2）因为最大信息传输速率为4800b/s ，即信道容量为4800b/s 。
无线网络技术导论课后习题及答案
第一章名词解释1、无线体域网：无线局域网是由依附于身体的各种传感器构成的网络。
2、无线穿戴网：是指基于短距离无线通信技术与可穿戴式计算机技术、穿戴在人体上、具有智能收集人体和周围环境信息的一种新型个域网。
3、TCP/IP:P12,即传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。
4、OSI RM:即开放系统互连参考模型。
第一章简答1、简述计算机网络发展的过程。
答：计算机网络发展过程可分为四个阶段。
第一阶段：诞生阶段；第二阶段：形成阶段；第三阶段：互联互通阶段；第四阶段：高速网络技术阶段。
（如果想加具体事例查p1-2）2、无线网络从覆盖范围可以分成哪些类？请适当举例说明。
答：无线网络从覆盖范围可分为如下三类。
第一类：系统内部互连/无线个域网，比如：蓝牙技术，红外无线传输技术；第二类：无线局域网，比如：基本服务区BSA，移动Ad Hoc 网络；第三类：无线城域网/广域网，比如：蜂窝系统等。
3、从应用的角度看，无线网络有哪些？要求举例说明。
答：从无线网络的应用角度看，可以划分出：①无线传感器网络，例如能实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息并通过无线方式发送到用户终端；②无线Mesh网络，例如Internet中发送E-mail；③无线穿戴网络，例如能穿戴在人体上并能智能收集人体和周围环境信息；④无线体域网，例如远程健康监护中有效地收集信息。
4、现在主流的无线网络种类有哪些？答：P5（不确定）WLAN,GPRS,CDMA，wifi5、什么是协议？请举例说明。
答：P9第一段第三句；协议是指通信双方关于如何进行通信的一种约定。
举例：准确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协议，例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。
6、与网络相关的标准化有哪些？答：主要有：国际电信标准，国际ISO标准，Internet标准1.美国国际标准化协会（ANSI）2.电气电子工程师协会(IEEE)3.国际通信联盟（ITU）4.国际标准化组织（ISO）5.Ineter协会(ISOC)和相关的Internt工程任务组（IETF）6.电子工业联合会(EIA)和相关的通信工业联合会（TIA）7、无线网络的协议模型有哪些特点？答：（p13）无线网络的协议模型显然也是基于分层体系结构的，但是对于不同类型的无线网络说重点关注的协议层次是不一样的。
通信原理简答题及答案
通信原理简答题及答案第一章绪论1-2 何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。
模拟信号：电信号的参量取值连续。
两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。
1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。
优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。
1-4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。
信道编码/译码：增强数字信号的抗干扰能力。
加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。
数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。
1-5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。
1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。
1-7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。
1-8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。
答：按照消息传递的方向与时间关系分类。
单工通信：消息只能单向传输。
半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。
全双工通信：通信双方可以同时收发消息。
1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。
并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。
串行传输使用与远距离数据的传输。
1-10 通信系统的主要性能指标是什么？答：有效性和可靠性。
1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利用率。
通信原理第10章 同步原理
第10章 同 步 原 理
10.1 同步的概念及分类 10.2 载波同步 10.3 码元同步 10.4 群同步 10.5* 网同步
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10.1 同步的概念及分类
主要内容
★ 同步的概念 ★ 同步的分类 ★ 同步的意义
第10章 同 步 原 理
一、同步的概念
所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 同步是数字通信系统以及某些采用相干解调的模拟通信系 统中一个重要的实际问题。由于收、发双方不在一地，要使它 们能步调一致地协调工作，必须要有同步系统来保证。
t4
第二帧
(a )
图中接,收t信2~号t3就带是通插入导频的时间，它一般插解入调 在群同步脉冲
之后。这种插入的结果线只性 门是在每帧的一小段时间内才出现载波
标准，在接收门端控应信 号用控制信号将载波标准取出。
锁相环
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
第10章 同 步 原 理
从理论上讲可以用窄带滤波器直接取出这个载波，但实际
输 入 已 调平 方 律 信 号 部 件
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
二分频载 波 输 出
锁 相 环
图10.2-7 平方环法提取载波
我 们 以 2PSK 信 号 为 例 ， 来 分 析 采 用 平 方 环 的 情 况 。 2PSK
e(t) [ a ng(t nS)T 2]c2 o w cts (10.2 - 4)
(10.2 - 2)
经过低通滤除高频部分后，就可恢复调制信号m(t)。
如果发端加入的导频不是正交载波，而是调制载波，则收端 v(t)中还有一个不需要的直流成分，这个直流成分通过低通滤波 器对数字信号产生影响， 这就是发端正交插入导频的原因。
通信原理简答题答案1(个人整理)
通信原理第六版课后思考题第1章绪论1、何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号：电信号的参量取值连续；两者的根本区别在于电信号的参量取值是有限个值还是连续的。
2、画出模拟通信系统的一般模型。
3、何谓数字通信？数字通信有哪些优缺点？答：数字通信即通过数字信号传输的通信，相对模拟通信，有以下特点：1）传输的信号是离散式的或数字的；2）强调已调参数与基带信号之间的一一对应；3）抗干扰能力强，因为信号可以再生，从而消除噪声积累；4）传输差错可以控制；5）便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理；6）便于加密，可靠性高；7）便于实现各种信息的综合传输3、画出数字通信系统的一般模型。
答：4、按调制方式，通信系统如何分类？答：分为基带传输和频带传输5、按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：按信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以分为模拟通信系统和数字通信系统6、按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：频分复用（FDM），时分复用（TDM），码分复用（CDM）7、通信系统的主要性能指标是什么？第3章随机过程1、随机过程的数字特征主要有哪些？它们分别表征随机过程的哪些特征？答：均值：表示随机过程的n 个样本函数曲线的摆动中心。
方差：表示随机过程在时刻t 相对于均值a(t)的偏离程度。
相关函数：表示随机过程在任意两个时刻上获得的随机变量之间的关联程度。
2、何谓严平稳？何谓广义平稳？它们之间的关系如何？答：严平稳：随机过程δ(t)的任意有限维分布函数与时间起点无关。
广义平稳：1）均值与t 无关，为常数a 。
2）自相关函数只与时间间隔τ=t 1-t 2有关。
严平稳随机过程一定是广义平稳的，反之则不一定成立。
4、平稳过程的自相关函数有哪些性质？它与功率谱的关系如何？答：自相关函数性质：(1) R(0)=E[ξ2(t)]——ξ(t)的平均功率。
(2) R(τ)=R(-τ)——τ的偶函数。
数字传输技术
数字信号载波传输
载波S(t) S(t)=Asin(ω t+Φ) S(t)的参量包括：
A：振幅 ω ：角频率 Φ：相位
数字调制就是使上述三个参量随数字基带 信号的变化而变化。
最基本的数字数据→模拟信号调制方式有 以下三种（如图2-5所示）。
（1）幅移键控方式（ASK，Amplitude-Shift Keying） （2）频移键控方式（FSK，Frequency-Shift Keying） （3）相移键控方式（PSK，Phase-Shift Keying）
．宽带传输
宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部 分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传 输，这样的系统称为宽带传输系统。宽带传输系 统属于模拟信号传输系统，它能够在同一信道上 进行数字信息或模拟信息服务，宽带传输系统可 以容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。
局域网中，传输方式分基带传输和宽带传输。它们 的区别在于：基带传输的信号主要是数字信号， 宽带传输的是模拟信号；基带传输的数据传输速 率范围为0～10Mb/s，其典型的数据传输速率范 围为1～2.5Mb/s；宽带传输的数据传输速率范围 为0～400Mb/s，通常使用的传输速率是5～ 10Mb/s。一个宽带信道还可以被划分为多个逻辑 基带信道。宽带传输能把声音、图像和数据等信 息综合到一个物理信道上进行传输。宽带传输采 用的是频带传输技术，但频带传输不一定是宽带 传输。
简单说来，就是将数字信号1或0直接用两种 不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 如短距离的脉冲编码调制（PCM）局间中继、 局域网计算机间的数据传送常采用基带传输 方式。
数字信号载波传输
通信原理讲义-第六章 数字信号的载波传输1二进制调制
数字信号的调制可以看成特殊调制信号 的模拟调制，类似模拟调制的情况，数 字调制也是用调制信号调制载波的三个 参数：振幅、频率、相位。 相应地称为：幅度键控、频率键控、相 位键控。
6.1 二进制数字调制
二进制数字调制是指调制信号为二进制 基带信号，这种调制信号仅有两种电平， 表示为“1”和“0”： 二进制数字调制又分为： 二进制幅度键控 二进制频率键控 二进制相位键控
数字基 带信号 二进制幅度键控s2ASK(t)
载波Acoswct
二进制幅度键控解调（非相干）
带通 滤波器
1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 1 0.5 0 -0.5 -1 0 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600 100 200 300 400 500 600
1 A1 0 0 0 1 ……
由调频理论，调制后信号的瞬时频率 w(t)=w0+KFMf(t) 而对单极性二元基带信号只有两种电平： f(t)=0或1， 故：w1= w0+KFM w2= w0。
二进制频率键控调制后的时域波形
1
1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
二进制差分相位键控的调制方法
二元单 极性码 输入 相对码 差分编码 二进制差分相位 键控DPSK输出
Acos(wct)
载波发生器
差分编码原理：
后一位与新生成的前一位码做模2和得到新生成的码
绝对码：1 0 0 1 0 1 1 0 相对码：1 1 1 0 0 1 0 0
二进制差分相位键控的解调（相干）
通信原理部分答案
第一章绪论1.3何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点：1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5.设备便于集成化、微机化。
数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。
设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6.便于构成综合数字网和综合业务数字网。
采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。
另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。
一路模拟电话的频带为4KHZ带宽，一路数字电话约占64KHZ。
1.4数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么数字通行系统的模型见图1-4所示。
其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。
1-10通信系统的主要性能指标是有哪些？通信系统的主要性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可维护性等。
其中有效性和可靠性是主要性能指标，在模拟通信系统有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度，数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。
具体误差率指标有误码率Pe、误信率Pb。
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2FSK信号的功率谱计算 由上式，2FSK信号可看作两2ASK信号之和，功率谱可分别计算 在合成。
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（2）二进制移频键控（2FSK）
10.1 二进制数字调制
2FSK信号的带宽
由二进制2FSK信号的表达式，带宽近似为，
f 2B f2 f1
28
1. 匹配滤波器
10.2 数字信号的最佳接收
许瓦磁不等式 一般地，若X(f)，Y(f)为复变函数，有
2
X ( f )Y ( f )df
X ( f )2df
Y ( f )2df
ห้องสมุดไป่ตู้
仅当 Y ( f ) （kkX为 (任f 意) 整数），时，等式成立。
利用许瓦磁不等式，令
X ( f ) S( f ) e j2fT n( f )
红色点为非稳定平衡点。
锁相环（PLL）系统最后会稳定在稳定点平衡点：
0，，2，3，…
对应稳定点0，2， 4，…，VCO分频后输出： cos(wct) 对应稳定点， 3， 5 …，VCO分频后输出： - cos(wct)
即存在180o的相位模糊问题，
相位模糊可能导致解调后输出的“0”“1”状态点倒换。
1
1 01 0
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10.2 数字信号的最佳接收
最佳的不同涵义：
（1）使信号的波形失真最小；
（2）是判决时刻的信噪比最大。
1. 匹配滤波器
匹配滤波器：使判决时刻信噪比达到最大的滤波器称之；
设输入信号： x(t) S(t) n(t)
其中 为S(信t) 号， 为n高(t斯) 白噪声。
SB (t) n an g(t nTS )
直接法可保证输出的相位连续。
+
压控 振荡器
S2FSK (t) S2FSK (t)
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（2）二进制移频键控（2FSK）
10.1 二进制数字调制
2FSK信号
SASK (t) n an g(t nTS ) cosc1t n an g(t nTS ) cosc2t
区别： a. 通常受控参数变化离散化； b. 可同时调制多于一个的参数，如相位与幅度。
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10.1 二进制数字调制
1. 二进制幅度键控（2ASK）
调制器工作原理
X
SB (t) n an g(t nTS )
带通滤波
S ASK (t)
cosct 载波信号
数字通信原理 （8）
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第十章 数字信号的载波传输
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10.0 概述
1. 调制的目的：使数字信号适合在带通信道中传输； 2. 模拟调制与数字调制的异同
相同点： a. 实现信号的频谱搬移和变换； b. 载波为正弦信号； c. 可采用调幅、调频和调相等方式。
2 ASK
( )
1 4
B
(
c
)
B
(
c
)
2ASK信号的频带利用率
若原基带信号的带宽为 B
则2ASK信号的带宽为 2B，即频带利用率下降为原来的1/2。
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10.1 二进制数字调制 2ASK信号的解调
（1）包络检波：适用与OOK信号或普通AM调制信号的解调 特点：简单、易于实现。
带通
X
2DPSK
延迟TS
低通
抽样 判决
位定时
特点：无须恢复载波信号，相对简单。
解调输出
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4.二进制差分相移键控（2DPSK）
10.1 二进制数字调制
2DPSK信号的差分相干解调
01
1
01
0
接收信号
延时信号
乘法器 输出信号
低通输出 信号
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选择电路
倒相
cosct
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S2PSK (t)
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（3）二进制移相键控（2PSK/BPSK） 2PSK信号波形
10.1 二进制数字调制
1
0
1
1
0
1
2PSK信号表达式
SASK (t) n an g(t nTS ) cosct
与双极性非归零脉冲调制的2ASK信号相同。
对白噪声： 相应地：
n(
f
)
n0 2
H ( f ) k S ( f ) e j2fT kS ( f )e j2fT n0 2
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（2）二进制移频键控（2FSK） 2FSK信号的解调
c.相干解调
10.1 二进制数字调制
输入
W1带通 滤波器 W2带通 滤波器
相乘器
低通 滤波器
COS(W1t)
相乘器
抽样脉冲
低通 滤波器
抽样 判决器
输出
COS(W2t)
相干解调输出通常有较好的输出信噪比，但须在本地恢复载波信 号，一般较复杂。
高斯白噪声的双边功率谱密度为： 设滤波器的传递函数为：H(w)
n(
f
)
n0 2
冲激响应为：h(t)
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1. 匹配滤波器
10.2 数字信号的最佳接收
滤波器输出中的信号部分：
yS (t) S(t) h(t)
S ( f )H ( f )e j2ft df
特点：因需在本地恢复载波，实现较复杂；
一般有较高的信噪比。
1
0
1
1
0
1
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（2）二进制移频键控（2FSK）
调制器工作原理
a.键控法
W1
10.1 二进制数字调制
SB (t) n an g(t nTS )
W2
键控FSK的输出相位一般不连续。 b.直接法
已调信号
已调信号：
SASK (t) n an g(t nTS ) cosct
若：g(t)为单极性脉冲，SASK(t)为含载波分量双边带信号； g(t)为双极性脉冲，SASK(t)为不含载波分量双边带信号；
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10.1 二进制数字调制
OOK( On-Off Keying )键控方式 用二进制序列g(t)作为开关控制量：
输出噪声功率：
N0
n0 ( f )df
n
(
f
)H
(
f
2df
在 t＝T 时刻，输出信噪比：
SNR yS (T ) 2 N0
S ( f )H ( f )e j2fT df 2
n
(
f
)
H
(
f
)
2df
问题：求H(f)，使SNR达到最大。
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（3）二进制移相键控（2PSK/BPSK） 调制器工作原理 a.相乘法
10.1 二进制数字调制
SB (t) n an g(t nTS )
双极性非归零脉冲序列
X
cosct
S2PSK (t)
b.相位选择法
SB (t) n an g(t nTS )
单极性非归零脉冲序列
pi/2 pi
在斜率为正的区间，
鉴相器输出 ud VCO调节信号频率使
在斜率为负的区间，
鉴相器输出 ud VCO调节信号频率使
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载波信号恢复的平方环法
10.1 二进制数字调制
图中过零点均为平衡点，其中
绿色点为稳定平衡点；
1
0
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1
0
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2ASK信号的解调 普通AM调制信号的解调
10.1 二进制数字调制
1
0
1
1
0
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2ASK信号的解调
10.1 二进制数字调制
（2）相干解调 适合于包括抑制载波传输在内的各种情况。
波成分，所以必须用非线性的方法恢复载波。
载波信号恢复的平方环法
带通
输入
滤波器
2PSK信号
平方
X
环路 滤波器
压控 振荡器
锁相环（PLL）
除2
输出 载波信号
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载波信号恢复的平方环法
10.1 二进制数字调制
带通滤波器：滤除通带外其它可能存在信号的干扰。
Y( f ) n( f )H( f )
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