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文档简介

第三章

1

解:E[y(f)]=E[X«)[E[cos(2;r〃+J)]=0

%⑹=E[y(r)y(f+明

=E[X(f)cos(2;r."+J)X(f+?)cos(2乃〃+0+2万工明

=E[X(f)X«+f)]E[cos(2”f+e)cos(2;r£f+e+2MT)]

=—(r)E[cos2〃尸+cos(+2。+2乃。)]

2

=^Rx(T)cos2irfcT+^Rx(T)E[cQS(47rfct+20+27rfcT)]

]

在⑴的条件下,的概率密度为p(e)=后%[0,2乃),

0else

E[cos(4汗〃+20+2”,")]=cos(4汉"+2。+2产,「=0,于是:

Ry(r)=;&h)cos2”r

以/)=]号卜卜力近右=]0处上丝任=也二更也乜1

・8-824

在⑵的条件下,RY(T)=-Rx(T)cos27rfcT+-Rx(T)cos(47rfl:t+20+27rfct),表

明丫(。是循环平稳过程。对时间£平均,由于cos(4”〃+26+2Mr)=0,所以

y«)的平均自相关函数是正⑺=1用⑴cos2〃",平均功率谱密度是

2

4⑺-&(7“)+%("')

2

T?1

2

解:X(f)的功率谱密度为&(f)=&.⑺[=<^-(Rcos^)|/|<-

2

0else

X«)得功率为尸=「&(/X=J&乎(1+cos乱力

3

解:A⑺吟"⑺“,2明,2乂(叨/±加5

0else

卬尸卬)『,"+工)+g(i)作5D

、0else

2或叫"工)2+2乂,(广工)2|/|<|

0else

=4乂,(r+/2)|Z|<^

0else

其图形如下

解:因为耳〃(3=0,所以E胤=0,E归2]=0。又因为正)是高斯,所以全媒

是高斯随机变量,故欲。和务统计独立,需耳累210。

■T7*01

E廨z]=E卜(『)/⑴流P⑴巴⑴力=E[[JO”力(厂)处⑴仍Q流流]

=ffo叩⑴/')]例(,应(/')'=fJ)价⑴0⑺流〃

T

所以刍和多统计独立的条件为M⑺仍(/同=0,即%(“仍⑴正交。

40

5

解:0=[上053*85(。/+4]吁「二/85&

2

v(f)=[(X。(f)cos如一4(f)sinoj)xcos(卯+喷F

="4)期。+乜(小in。

42CCS?f)

给定。时小)的功率为匕=-;,v(t)的平均功率为

4=匕8『。+匕sii/Jn支,故在(1)的条件下,^=4-COS26>.

v444Pvq;

2

在⑵的条件下,丫«)的平均功率仍然是q=学,但此时〃«)的平均功率是

2212

Acos0Acos0Sc

PT,=—|[一—e4。,所以

~7~J4

]A2「9cos20S

=—-r=Qde°

E蟾9L

6

6.1

解:

%a,r+r)=E[Dama+f)]

rr.«o-

=E|2a”g(t-nT-to)Za„g(t+r-mT-t)

In«»—cooo_o

-9g

=E汇2a“qg(一〃7_,o)g(,+r_,”T_q)

_n«-<om*-«o_

«o«o

=2SE[ana„]E\_g(t-nT-t)g(t+r-mT-ty\

n°一<©/n=_9oo

=XE\_g(t-nT-t)g(t+T-nT-ty\

H--•©oo

这个结果显然是z的函数,所以。(。不是平稳过程.需求其平均自相关函数.因

RD(t,l+r)=RD(t+T,t+T+r).所以

成⑴/1:勺«,+C)/=4"J;Sg(t-nT-to)g(t+T-nT-to)dt

由于£g(,-〃T—,o)g(r+r-〃7-,0)是,的周期函数.所以

H0(r)=d"jo百g(t-nT-t0)g(t+T-nT-t0)dt^

=F

[FItg(t-nT-t0)g(t+r-nT-t0)dt^

=E[MSg(x-nT)g(x+r-nT)dx^

=7:£22g(x-nT)g(x+r-nT)dx

“n»-«o

/「g(x)g(x+r)公

=卜一gM"

I0else

(1)^(/)=y|J2^/|2«3.95x10-3/2,-oo</<oo

(2)P=J:5(/)4、3.95x10"x2。fzdf=7.90xl0-5x—«0.0263W

6.21°03

7

解:首先,因为夕()是白高斯过程通过线性系统的输出,故4。是0均值的高斯过程。设

白噪声的功率谱密度为墟,则的功率是M/心所以片«)的一维概率密度是

2

Pjx)=T==

酊)的功率谱密度为〃(/)=仁年〃,其自相关函数为

0esle

%卜)=[:弓(小儿"守=乂加加(2加).由sine函数知,对任意整数k有

1左=01

sinc(Zr)=<0左H0.说明对于J")的任何两个不相同的样值,如果其时间间隔是」的

“2fH

整倍数,则这两个样值是不相关的,因而是独立的。于是。&,Lg的联合概率密度为

n&W+L+*

(WL,xJ=%a)P*2)Lpg)=(2叫人户e2N加

解:(1)在白噪声干扰下,对6。)匹配的匹配滤波器的冲激响应为/?«)=/)(%-£),考虑到因

果性,取最佳抽样时刻为%=7,于是力(/)=川7-1),冲激响应波形如下:

A砥)

A••••r—1

—n-----------------------------------------------------------►

°TcT=7TCt

(2)匹配滤波器的输出的噪声分量是平稳过程,在任何抽样点上,其平均功率都是

,=[:郛⑺⑻夸口”(“行吟口2(皿吟仙。信号分量在最

佳取样点f=7时刻最大,为「b(TY“(T)Z=Jo%(7T)b(7T)dr=HT,故最

(#行242T

大输出信噪比为J人=上」。

。NQ

(3)最佳取样时刻的输出值是y=M7;+g,片是噪声分量,它是均值为0方差为

N.(六司

/=卒』个的高斯随机变量。因此y的概率密度函数为My)=J端陋eN",

解:

尸(乂>%)=JJp%肉(冷与)血心2=JJPx\gPx<x)dx1dxz

X]>XjXj>Xj

9「°]g[°_工]

=1P*2(W:P/)4由=[P"2(W)dx2

LA,、C2/“xA'x

令X=M4=石,则尸(%>匕)=亍1/。2°/。dx

98(\

由于对于任意给定的月>0,/>0,总有1p6(x)dx=1=「We”Ax

IQ--dx,故

"J

iAiiZ

P(X>X^-e=-e4ffl

95x2722

解:由于"(f)是高斯白噪声,所以刍«)和虞.)都是。均值的平稳高斯过程,欲此二过程

独立,需Vr,E[耳(必2«+川=0。

E[3(必(/+叫=£[「耳(〃)正-")疝「必沙(/+7-,)可

=E[Jj(u)h2(v)n(t+T-v)n(t-u)dud\^

=jj4(")43)“小+”丫)小一〃)]疝血

=「「4(")4川"〃一“)dudv

=与匚矶")4("+7)疝

由Paserval定理,J:$«)&(/)力=j;S;(力心(f,其中5(f),g(f)分别是

io.«),.(/)的傅氏变换。因此

(1)

(2)s(t)==sin(2zrfmt)Acsin(27rfct)

Az,

=——[cos27T(fc-fm)t-COS2〃(人+fm)t]

s(n=-w+(fc-f)]+8[f-(fc-»])

4m

A(、

4

(3)相干解调

输出yO(t)

理想低通滤波器

Cos(Wct)

与发端相干曲调

相干解调:将接收信号与载波信号sin(2力狗相乘,得到

r(,)sin(2左加)=Aczn(r)sin(2^fct)sin(2^fct)=-^-m(r)[l-cos(4^fct)]

通过低通滤波器抑制载频的二倍频分量,得到解调信号为yo(f)=与机⑺

2解:(I)s(f)=cos(2;rxl04r)+4cos(2;rxl.lxl04f)+cos(2%xl.2xl04f)

=4cos(2^xl.lxl040[l+0-5cos(2^x0.1xl04/)]

调制系数是a=0.5;信号频率是f=1000Hz

(2)5(/)=1[^(/+104)+^(/-104)]+2^(/+1.^104)+^(/-1.^104)]

+-W+l.2xlO4)+(y(/-1.2xlO4)]

-12000-100001000012000

-1100011000

包络检波器

3解:⑴已调信号无法用包络检波解调,因为能包络检波的条件是帆(。归1,

这里的A=max帆⑺|=15>1,用包络检波将造成解调波形失真。

相干解调:将接收信号与载波提取电路的信号C0S(6W)相乘,得至IJ

⑼…)=4硕)cos3)cos3)吟硒)[l+c°s(2⑹]

通过低通滤波器抑制载频的二倍频分量,得到解调信号yo(f)=与机⑴

r(t)窄带滤波器提取频率为fb的导频

一载波.

如上图:在DSB-SC信号上加上导频,在接收时就可以提取导频作为解调波

4解:(l)s(r)=2cos[2万(「+fm)t]

?(f)l

2-

-(fc+fm)0fc+fm

(2)调制方式为上边带调制。

(3)

r(0

5解:(1)m(t)=cos2000加+2sin200()汝

m(t)=sin2000加一2cos2000R

⑵调制信号:m(t)

载波:c(f)=Accos(2)x8xl05xf)

下边带信号为:

5F(Z)=—m(r)cos(2^x8xl05Xf)+—w(r)sin(2^x8xl05Xf)

22

=50(cos2000加+2sin2000R)cos(2乃x8xl05xr)

+50(sin200()R-2cos2000加)sin(2^x8xl05xz)

=50[cos200()加cos(2%x8xl05xr)+sin2000汝sin(2ox8xl05x/)]

+100[sin2000Rcos(2;rx8x10、xr)-cos200()加sin(2^,x8xl05xr)]

=50[cos(2^x799xl03r)-2sin(2^x799xl03r)]

SF(/)=50[|b(/+79900)+;6(——79900)-j8{f+79900)

+7^(/-79900)]

=50Kg-;W+79900)+(1+-79900)]

\Sr(/)|=25内次/+79900)+(^(/-79900)]

(3)

S(D

50x5

50、5

-79900°79900f(Hz)

6解:(1)A:51(r)=Acm(/)cosInfct-Acm(t)sin2TTfct

33

=Acm(r)cos(2.rx455xl0x/)-/167?i(^)sin(2^x455xl0x/)

B:SB(t)=Acm(t)cos(2万fct)cos(2乃fct)—Acm(t)sin(24fct)cos(2乃fct)

=Ac〃zQ)+Acm(t)cos(4乃fct)-Acm(t)sin(44fct)]

C:sc(f)=;Ac加(/)

D:SD(t)=Acm(t)cos(2^fct)sin(2%fct)-Acm{t}sin(2^fct)sin(2万fct)

iAA

=—[Acm(t)sin(4〃加)+Acm(f)cos(44fct)-Acm(t)]

E:SE(t)=-;Acm(t)

F:SF(t)=^Acm(t)

G:SGQ)=Acm(t)

⑵只需最末端的相加改为相减即可,如图:

A:s卜⑺=Acm(t)cos24fct+Acm(t)sin2万fct

=Acm(t)cos(2万X455X10,xr)+而⑺sin(2;rX455X1O'x。

B:SB(t)=Acm(t)cos(2万cft)cos(24fct)+Acm(t)sin(24fct)cos(24fct)

=;[Acm(f)+Acm(t)COS(4TTfct)+Acm{t}sin(41加)]

C:sc(t)=;Acm(t)

D:so(f)=Ac〃?Q)cos(2万fct)sin(2zrfct)+Acm(t)sin(24fct)sin(24fct)

=—[Actn(t)sin(4万fct)+Acm(t)-Acm(t)cos(4^fct)]

E:SE(t)=^Acm{t}

F:5r(r)=——Acm(t)

G:SG⑺=Acm(t)

7解:解调框图:

r(t)「-、输出y(Xt)

—)一f理想低通滤波器一>

不------------------------

Cos(Wct)

与发端相干M调

A

A1

「(/)=*("无)+M(fc)%[阳+北)+%-颁

A

=~\M(/+2fc)H(f+fc)+M(f)H(f+fc)+M(/)//(7-fc)

4

A

通过低通滤波器后Yo(/)=—M(/)["(/+fc)+H(f-fc)]

4

由图可看出“(一+6)+”(/-九)在[-\¥,\¥]内为常数,所以不失真。

8解:(1)已调信号平均功率:F.v=—=50W

2

(2)调制指数:为=4

(3)最大频偏:/max=/3fx/>??=4x100//z=400//z

(4)调频信号带宽:B=2(1+(3f)W=2x5x100Hz=1000//z

9解:(1)调制指数:13f=4,信号带宽:5=2(1+/3f)=2x5x1000=10000/7z

⑵调制指数:.=Kmax.(f)|,若加加倍,则为=2

fm

信号带宽:B=2(1+/?/)>=2x3x2000=12000Hz

(3)调制指数:/?p=4,信号带宽:8=2(1+£/)加=2x5x1000=10000Hz

(4)调制指数:J3p=Kpmax\m(t)\,若fp加倍,夕p=4

信号带宽:8=2(1+削)揄=2x5x2000=20000Hz

10解:(1)因为K〉何⑴|max,S(f)=KC0S6W[l+'@],所以调制为有离散大载波的双边带调制。

K

(2)s(f)=cos(Oct-sin(Oct[m(i)dT,为窄带FM调制。

(3)s>(/)=m(r)cos(Od+m(t)sinCikt,为下边带调制。

(4)FM调制。

(5)PM调制。

11解:已调双边带调幅波(DSB-AM)信号:s(f)=〃C)cos(24加)

解调接收信号:r(f)=押⑺cos(21fct)+〃c⑴cos(2»加)-ns(t)sin(2万fit)

已调双边带调幅波(DSB-AM)信号的功率:

11Po

Ps=-m(。2=-pM=一X4W=2PoW

222

贝iJP“=4PoW

输入加性白高斯噪声的功:Pn=-nc(t)2+-ns(t)2=n(t^=—4I¥=2NoW

222

解调后信号:5o(r)=—m(r)+—«c(0

22

I----1

解调后信号功率:Po=—771(f)2=—PM=PoW

44

解调后噪声功率:Pno^-Pn^-NoW

42

,N、PoW2Po

则输出信噪比:~N()

、SJo-NOW

2

12解:(1)解调输入信号:

r(t)=Ac[m(t)cosCDct-m(r)sinCDct]+nc(t)cos(Oct-ns(t)sinCDct

解调输入信号的平均功率:PR=Ac2PM

由101g匕=80dB得匕=1()8,所以外=4xl()Tw

PRPR

解调输入噪声功率:P><=-2W=NoW=2X1()"W

2

解调信号:so«)=」加⑺+'〃《)

22

1----A2

解调输出信号的平均功率:8)=上加。)2=纪r尸."

44

解调输出噪声功率:PnO^-Pn^-NoW

44

42

解调输出信噪比:一=—=-^—喘=急=2。。

VSJop"°;NoW

⑵解调输入信号:r(/)=Ac[\+amn(t)]cosC0ct+nc(t)cosCM-小⑺sinCDct

解调输入信号的平均功率:P^-Ac2+-Ac2a2P

22Mn

PTPT

由101g—=80dB得一=1()8,所以PR=4X10TW

PRPR

解调输入噪声功率:P"=2x—x2W=2NoW=4X1CTW

2

解调信号:5o(/)=—Acamn(t)+—

22

2

1-----------A

解调输出信号的平均功率:PO=L”(,)2=r"/PM"

44

解调输出噪声功率:Pn()=-P,=-N()W

4l2

/、AC2n

INJ\r>„---ClrMnA22n

IV_Po_4_AcaPMH

解调输出信噪比:

cJPnO12NoW

\d/o—AJNZOnMW/

加22

=a"”=a2PM“PR

2

-1+/PM“AW-l+aP,w„NoW

因为/””=0.2W,a=0.85

2

,N、aPMnPR=0.126-^-=25.25

所以

、SJo1+NOWNoW

13解:⑴曲)的总带宽fm为48KHz,3*«=黑=1。

FM的带宽,B=2(^./+1)>=2x11x4SKHz=1056KHz

⑶鉴频器输出的噪声功率谱为P”。=也C=Kf2

Ac

Pi,「Kf2df

所以1路和12路的平均功率比值为3------=397

15答:(1)前置射频放大器的的等效噪声系数;

v7;=(F-l)T(±P120)——7;为等效噪声系数T为热噪声源温度/为噪声系数,由

题目已知,得:T,=(1002-1)300-175.5/ifo

(2)馈线与前置射频放大器级联的噪声系数或等效噪声温度;

T

1=~十丁2"(上P121)-一刀为级联等效噪声温度&为馈线的等效噪声温度

八pal

J为前放的等效噪声温度K阿为馈线的增益系数对于无源

而馈线属于无源网络,因此其噪声系数尸=—L=L=10°2,于是由M=(E-1)T=175.5K

Kpal

带入上式求得等效噪声温度Te=1755K+号沪=177.26K

对应的等效噪声系数F=^+l«1.59

T

(3)超外差接收机(含天线、馈线)的噪声单边功率普密度%(W/4z)。

由No=K[7;+7;](±P121)――长=1.38*10-23,/长为波尔兹曼常数7;为天线等效

噪声温度Te为馈线和前放级联的等效噪声温度在由已知条件和前面的结果

N°=1.38x10-23//K[55K+177.26K]=0.32xl0-2V/Hz

第五章

1解:Rb=Rslog2M=3Rs=7200bit/s

2

解:

⑴写出相对码:101000110

⑵画出相对码的波形图(单极留目纾归零码):

3

解:<1>此时这个数字信号可表示为$(7);〉2%&(/一〃八)•其中序列{/}以独立等核

n--«

方式取£tt于±1・,%=£[%]=()•反=£["」=1;&(7)=$(/)・傅氏变换是

。(/)=£冬inc(77;)・所以匕(/)=茶|O(/)r=T。Rn-(〃;).

(2)此时这个数字信号可表示为s(7)=Z/g(/一〃看)•其中中列{多}以独立管想方式

n—«•

取fff于(0,1):g(7)=s()・傅氏变换是G(/)=g^sinc[/切.由于

其中2以独立等横方式取值于±1・所以$(/)=[皂>&(/一〃或)+;(7-〃看)・

—n--on/»>--aa

;(/一〃看)一项的功率谐3?度是=Q2(/切・周期信号

8(/一〃看)可展成俾氏级数:】£g(/一〃看)=£.其中

j=土用,£g(—“看/"。=点小后0—

所以g£&(,-〃笃)的功率谐至度悬

卦/《/-a)=%(/)+白宣声匕7,〔/一节声

于是s(,)的功率谱击度为:

小/)=冬2(/到+?(/)+74/一个)

16

4

解:数字分相码可以表示成二进制PAM信号的形式s(f)=ZqgU-〃痣),其中序列

n»-«o

{4}以独立等概方式取值于±1,/=E[qJ=O.b;=E[/]=l;g(/)如下图所示

gA(t)

ii

A______

段/2_____________

0Tb/2

-------A

——Tb——)

其傅氏变换是

所以初苧G(小呼施

5

解:(1)

信息代码:100000001]]001000010

AMI码:*1000000000*10000-10

HDB3码:+1000+V-B000-14B00+V-]0

Manchester码:100101010101010101101010010110010101011001

(2)波形如下:

信息代码

05

0

0Ma^heste^12161820

1

05

0

0268101214161820

(3)提取时钟的框图如下:

AMI码:

HDB3码:

Manchester码输入带时钟输出

微分

Manchester码:波

分频

6

解:⑴此时在OK1时间范围内,y(t)=A+^f),夕。是白高斯嗓声〃⑴通过低通

滤波器后的输出,显然4。)是0均值的高斯平稳过程,其方差为。2=乂8。于是抽样值y

1一(六修

的均值是4,方差是乂3,其条件概率密度差是是/"»)=/e2MB.

《2叫8

⑵此时在04/47;时间范围内,%)=夕/),$«)是白高斯噪声〃(。通过低通滤波器

后输出的0均值高斯平稳过程,其方差为。2=乂8。因此,抽样值'的均值是0,方差是

1上

N0B,其条件概率密度函数是0(y)=J2Ng。叫

(4)最佳门限七是后验概率相等的分界点,即为方程P(sJy)=PG|y)的解.由于

尸/W,所以%是方程P(SJPI3=PG)P2(M的解,由于“1”

与“0”等概出现,所以%是0(力=化(力的解,即PI(”和p2(切的交点。由上图可

知%g

(5〉£=尸($1)尸0与)+尸区)尸(6用)=;[尸(©]占)+尸(6用)]

P(e|S|)=P(y<6lA)=P(4+f<g)=P(f<-?)=;«

P(e\s2]=P(y>VT\sJ)=PC?=pg<-g)=;erfc

7

解:(1)〃(f)=Ksi(7;-r)=Ks2(f),由==得

K=—p=,»因此〃(/)=—z,==,波形如下

AMt)

0

(2)抽样值y中的信号分量是J:0(7-r)〃⑴dr=J:s«)哗idr="?f=£;,

此处4=玛=旦是每个比特的能量。抽样值中的噪声分量的功率是

〃=匚9附(”4=与£>("力=今口2(9=争

(3)此时y中的信号分量是匚力(7_丁)〃")"=[:\8)貌心=_/?不=_£;.

y=-Eb+^.噪声分量岁是0均值高斯随机变量,其方差是g。因此.在发送与(。的

条件下,y是均值为一病=一5/花、方差为亨•的高斯随机变量,

,(广图?

P?3=/、,?%

(4)类似地,我们也可以得到发送公(。条件下y的概率密度函数为

(,-疝)'

1

生3=%(小)=际e.最佳门限匕是Pi(y)=Pz(y)的解.即匕=0。

平均错误率鸟=尸(不)尸(©』)+尸(I2)尸(e|s2)=;[P(e]sJ+F(e|s2)]

P(esJ=P(yvO|sJ=P(VC+J〈O)=Q(,v-7C)==crfc

22I

P(e%)=尸(F>O|S,)=P(-疽+4>0)=尸(:>际)=?(。<一际)=,erft

pb=l«**l

8

解:由下图可见,当力=工+八时所)=1,且不存在更大的工使

n=-co

£,(/1-%)等于常数,因此该系统无码间干扰的传输时的最高码元速率是:

,R4

凡=<+力=4Mbaud,对应的频带利用率是一=—Baud/Hz。

fi3

9

解:(a)由下图可见,-2000〃)不是常数,因此该系统以2000波特的码元速率

n=~oo

传输时不满足抽样点无码间干扰的条件。

(b)本图a=0.5,则(l+a)%=1500,尺=2期=2000,故该系统以2000波特的

v'201+0.5

码元速率传输时满足抽样点无码间干扰的条件。

(c)由图可知,故该系统以2000波特的码元速率传输时满足抽样点无码间干扰的条件。

•16004004001600

10

D

解:此系统的截止频率为B=(l+a)-^=1200Hz,频带利用率为

R

二=lBaud/Hz=4bit/s/Hz,信息传输速率为&=Rslog2M=4800biVs

B

ii

解:(I)4有16个不同取值,故M=16,因此发送信号的符号速率为R=上=」-

17;47;

(2)网孔均衡器输出的数字信号是%(,)=amgc(t-mTs),由于步“}是独立等概序

m--co

11.1<2

列,所以{4}也是独立等概序列且E[4j=0,E[a"=L^~~~~—=85.故%(r)

2

的功率谱密度为2(门=零(/)|=半(/)GB(/)r,其中Gg(,)、

Gc(F)分别是gB(r)和gc(r)的傅氏变换。欲冤(。有平坦的功率谱,需H(f)G式f)

为常数。由于GK/9nOsincl/T;).K是任意常数。

所以叱户而册y

⑶E(,)=绰0巴(/)|2=竟卜inc(冏)r

1b4

尸B(,)=|Gg(f)『=票卜inc(人)|2

,3*S

PD3=K'F二(/)『=其中是常数。

12

解:

/\/、/\\P(e\a=+\)+P(e\a=-\]

P-P(e\a-+\)P(a=+\)+P(e\a=-\)P(a=-\)=--------------------------

€2

P[e\a=l)=P(\+n+im<Q)=P(n

(n(n、,(3\/1

=Pn<__P\im=_—+P(»<-l)P(/m=O)+Pn<__Pim=-

、2JI2J\2)\2

P(e|a=-l)=P(l+w+/w>O)=P(H>)

=P,m=g)+P(">l)P(L=°)+户w>1p

所33岛卜上。忌卜"岛)

13

解:发送信号的符号速率为用(=3200Baud凡=9600/3=32004",要求的基

带信号的带宽为爪=(1+。)乂=2400Hz,频带利用率为^=—=4bits/s/Hz

''2W2400

14

/R21V

解:⑴=R=——»因此,a=0时,/?.=6000Baud;

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