我们来看一段文章：
> Digital data can also be represented by analog signals by use of a modem. The modem converts a series of binary voltage pulses into an analog signal by encoding the digital data onto a carrier frequency. The resulting signal occupies a certain spectrum of frequency centered about the carrier and may be propagated across a medium suitable for that carrier. The most common modems represent digital data in the voice frequency and hence allow those data to be propagated over ordinary voice-grade telephone lines. At the other end of the line, another modem demodulates the signal to recover the original data.

这段话可以翻译为

数字数据也可以借助调制解调器表示为模拟信号。调制解调器通过把数字数据编码到某个载波频率上，将一系列二进制电压脉冲转换为模拟信号。产生的信号占据以载波频率为中心的一定频率范围，并且可以通过适合该载波的介质传播。最常见的调制解调器在话音频率范围内表示数字数据，因而可以使这些数据通过普通的话音级电话线路传输。在线路的另一端，另一台调制解调器对信号进行解调，从而恢复原始数据。

原文中的 `spectrum of frequency` 从现代技术英语习惯看，更自然的写法通常是 `spectrum of frequencies`，或者直接写成 `frequency spectrum`。不过，第 73 空提供的四个选项中，只有 `frequency` 能构成正确的通信技术概念，因此答案仍然明确选 B。

## 第 71 空为何选择 analog

原句为

> Digital data can also be represented by analog signals by use of a modem.

这里的主语是 `Digital data`，表示数字数据。空格后面已经出现了 `signals`，因此空格中需要填写一个形容词，用来说明信号的类型。

四个选项分别为

`analog` 表示模拟的，`digital` 表示数字的，`modem` 表示调制解调器，`electric` 表示电的。

把 `analog` 填进去，可以得到 `analog signals`，也就是模拟信号。整句话表达的是，数字数据不仅可以直接由数字信号表示，还可以借助调制解调器转换成模拟信号表示。

这里很容易产生一个疑问，数据明明是数字数据，为什么会变成模拟信号。关键在于必须区分数据与信号。

数据是需要传递的信息内容，信号是承载这些信息的物理形式。数字数据可以由数字信号承载，也可以经过调制以后由模拟信号承载。两者并不存在一一绑定关系。

一串 `0` 和 `1` 属于数字数据。如果直接在网线上用两个不同电压范围表示 `0` 和 `1`，采用的是数字信号。如果用两个不同频率的正弦波分别表示 `0` 和 `1`，承载它们的就是模拟信号。数据仍然是离散的二进制数据，信号的波形却可以随时间连续变化。

这与运输过程很相似。货物是什么，与运输工具是什么，是两个不同层面的问题。同一批货物可以装入卡车，也可以装入火车。二进制数据就是需要运输的货物，数字信号和模拟信号则是不同类型的运输工具。

`digital signals` 在语法上虽然成立，却不符合本段要说明的主题。如果数字数据本来就用数字信号传输，通常不需要传统电话调制解调器把它加载到模拟载波上。后文明确出现了 `converts ... into an analog signal`，直接限定了第 71 空必须是 `analog`。

`modem signals` 可以勉强理解为调制解调器信号，但它不能表达信号的物理类型，也无法与后面的模拟载波描述形成严密对应。`electric signals` 的范围过宽，数字信号和模拟信号都可能是电信号，不能突出此处的转换关系。

数字信号通常使用有限个离散电平表示信息，最常见的二进制信号用两个电压范围分别表示 `0` 和 `1`。这一点也能帮助我们理解，题干讨论的是把这种离散电信号进一步调制到连续载波上的过程。[数字信号的离散电平说明](https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_signal)

所以，第 71 空选择 A，`analog`。

## 第 72 空为何选择 pulses

原句为

> The modem converts a series of binary voltage pulses into an analog signal.

这里出现了几个非常典型的搭配。

`a series of` 表示一系列，`binary` 表示二进制的，`voltage` 表示电压，合在一起需要描述计算机输出的一连串高低电平变化。

`binary voltage pulses` 的含义是一系列二进制电压脉冲。在数字电路中，逻辑 `0` 和逻辑 `1` 通常通过不同的电压范围表示。这些电压状态随时间切换，在线路上表现为一串脉冲。

假定某个接口使用接近 `0 V` 的电压表示逻辑 `0`，使用接近 `5 V` 的电压表示逻辑 `1`。当计算机发送 `10110` 时，线路上的电压会依次处于高、低、高、高、低等状态。从时间轴上观察，这些高低电平构成了二进制电压脉冲序列。

选项 A 的 `signals` 会形成 `binary voltage signals`。这一搭配不算完全错误，但不如 `binary voltage pulses` 精确，而且后文已经把转换结果称为 `an analog signal`。原句有意比较输入端的一系列离散脉冲与输出端的一个连续模拟信号，`pulses` 更能体现这种对照。

选项 B 的 `waves` 会形成 `binary voltage waves`。工程领域更常使用 `waveform` 描述波形，`voltage waves` 也不是这里的标准固定搭配。调制之前的二进制电平序列在当前语境下称作 `pulses` 更合适。

选项 D 的 `data` 会形成 `binary voltage data`，语义关系混乱。数据本身不是一种电压，电压脉冲只是数据的物理表示。题干描述的正是调制解调器把物理输入信号转为适合电话线路传输的模拟信号，而不是把数据变成另一份数据。

这一空还涉及一个经常被混淆的问题。脉冲不等于数据，脉冲只是数据在某段物理线路上的表示形式。一串相同的比特经过不同的线路编码方法后，可能形成不同的电脉冲序列。采用单极性编码、极性编码、曼彻斯特编码时，电压形态并不相同，但它们都可以承载同一组数字数据。

题干中的调制解调器接收这些二进制电压脉冲，再根据相应调制规则改变载波的振幅、频率或相位。经过这种处理，直接的高低电平序列变成适合特定信道传播的模拟波形。

所以，第 72 空选择 C，`pulses`。

## 第 73 空为何选择 frequency

原句为

> The resulting signal occupies a certain spectrum of frequency centered about the carrier.

其中最关键的词是 `spectrum`。在通信系统中，频谱描述一个信号包含哪些频率成分，以及各个频率成分具有多大的幅度或功率。

一个纯粹的理想正弦载波只有一个频率。例如载波为

$$
c(t)=A_c\cos(2\pi f_c t)
$$

其中 $f_c$ 是载波频率。没有加载数据时，它的理想频谱集中在 $f_c$ 附近。数字数据加载到载波后，载波的某些参数随数据变化，调制信号就不再只有单一频率，而会在载波两侧产生一系列频率成分。

因此，调制后的信号会占据一定的频率范围，这就是它的带宽。原句中的 `centered about the carrier` 表示该频谱以载波频率为中心，或者分布在载波频率附近。

选项 A 的 `medium` 表示介质。`spectrum of medium` 不是通信理论中的合理表达。介质是铜线、光纤、无线电空间一类的传播环境，不是频谱的计量对象。

选项 C 的 `modem` 表示调制解调器。`spectrum of modem` 也不符合此处语义。调制解调器能够产生具有某种频谱的信号，但频谱属于信号，不是设备本身。

选项 D 的 `carrier` 表示载波。`spectrum of carrier` 在某些分析场景下可以出现，但原句后面已经说频谱以载波为中心。如果填入 `carrier`，就会变成载波的频谱以载波为中心，既重复又无法表达调制信号占据一段频率范围的核心含义。

只有 `frequency` 可以和 `spectrum` 构成频谱概念。更规范的形式通常是 `frequency spectrum`，或者 `a spectrum of frequencies`。题目使用了单数 `frequency`，可以理解为教材式表达或排印上的简化。

我们可以用频移键控理解这件事。二进制频移键控使用两个不同的频率表示 `0` 和 `1`。发送 `0` 时，载波处在一个频率；发送 `1` 时，载波切换到另一个频率。即使只使用两个名义频率，由于每个码元持续时间有限，实际信号在频域中也不会只是两根无限细的谱线，而会分布在一定频带中。频移键控的定义正是通过在若干离散频率之间移动载波来编码数字信息。[频移键控的工作原理](https://en.wikipedia.org/wiki/Frequency-shift_keying)

调幅、调频和调相同样会产生新的频率分量。以简单调幅为例，若基带信号频率为 $f_m$，载波频率为 $f_c$，调制结果通常包含 $f_c$、$f_c-f_m$ 和 $f_c+f_m$ 等分量。若基带信号包含许多频率，载波两侧便形成一定宽度的边带。

由此可见，`spectrum of frequency` 所表达的不是某个孤立频率，而是调制信号所占据的一段频率范围。

所以，第 73 空选择 B，`frequency`。

## 第 74 空为何选择 frequency

原句为

> The most common modems represent digital data in the voice frequency.

`voice frequency` 表示话音频率或话音频带。传统公共交换电话网最初是为传输人类语音设计的，并不是为计算机的矩形电脉冲设计的。传统拨号调制解调器若想利用这类线路，就需要把数字数据调制成落在话音频率范围内的音频信号。

人类讲话产生的是连续变化的声音。电话机把声音转换成电信号，电话网络只需保留能够支撑语音可懂度的主要频率成分，不必完整传输所有可听频率。传统电话话音信道常见的有效范围大约为 `300 Hz` 到 `3400 Hz`。相关资料对电话语音频带与 `8000 Hz` 采样率的关系也有明确说明。[电话语音频带与采样率](https://en.wikipedia.org/wiki/Pulse-code_modulation)

调制解调器产生的各种音调落在这个范围内，电话交换网络就会把它们当作普通声音进行传输。线路并不知道这些声音实际上代表电子邮件、文本文件或终端命令。对于电话网络而言，它接收到的只是随时间变化的音频波形。

选项 A 的 `wave` 会形成 `voice wave`。该表达可以泛指声波，却不能准确描述调制解调器所利用的电话话音频带。

选项 C 的 `code` 会形成 `voice code`。这更容易让人联想到语音编码或编解码规则，而原文讨论的是调制信号所在的频率范围，不是语音编码算法。

选项 D 的 `spectrum` 会形成 `voice spectrum`。单独看并非毫无意义，但结合原句中的介词 `in` 以及传统通信教材常用表达，`voice frequency` 更符合固定术语。题干后面紧跟 `voice-grade telephone lines`，前后关系正是话音频率与话音级电话线路的对应。

ITU 的 `G.711` 标准名称就是 `Pulse code modulation of voice frequencies`，其中直接使用了 `voice frequencies` 这一概念，表明话音频率是电信领域的正式术语。[ITU G.711 话音频率脉冲编码调制](https://www.itu.int/rec/T-REC-G.711/en)

这一空也不能因为上一空已经选择 `frequency`，就怀疑答案重复。完形填空考查的是每个位置的语法和语义，不存在同一个单词只能使用一次的限制。第 73 空中的 `frequency` 与 `spectrum` 结合，描述信号占据的频谱。第 74 空中的 `voice frequency` 则描述电话系统处理的话音频率范围。两个位置承担的句法功能不同，概念也不完全相同。

所以，第 74 空选择 B，`frequency`。

## 第 75 空为何选择 telephone

原句为

> ordinary voice-grade telephone lines

`voice-grade telephone lines` 是一个完整而常见的通信术语，表示话音级电话线路。这类线路按照传输人类语音的需求设计，能够让电话双方正常通话，却没有直接传输计算机基带电脉冲所需的宽频带响应。

选项 A 的 `network` 填入后会形成 `voice-grade network lines`，搭配不自然。网络是由节点和链路构成的整体，线路是网络中的具体传输通道，不能在此处简单叠加为 `network lines` 来取代电话线路。

选项 C 的 `type` 会形成 `voice-grade type lines`，无论语法还是语义都不成立。

选项 D 的 `signal` 会形成 `voice-grade signal lines`。工程语境中虽然存在信号线，但 `signal lines` 通常指承载控制信号、数据信号或时钟信号的导线，并不特指公共电话网中的用户线路。

`telephone lines` 则是固定搭配。与前面的 `ordinary voice-grade` 结合以后，清楚说明调制解调器能够利用普通话音级电话线路传播数字数据。

国际电信联盟的 `V.34` 建议书所描述的正是用于普通交换电话网和点对点双线电话型电路的调制解调器，最高数据速率可达 `33 600 bit/s`。这与题干所说的调制解调器通过电话线路传输数据完全一致。[ITU V.34 调制解调器标准](https://www.itu.int/rec/T-REC-V.34/en)

所以，第 75 空选择 B，`telephone`。

## 一条电话线怎样传递二进制数据

把五个空串联起来，整段话可以还原为一条完整的信号转换链路。

计算机内部的数据以比特形式存在，接口输出一串二进制电压脉冲。发送端调制解调器读取这些比特，根据每个比特或码元的值，控制模拟载波的振幅、频率、相位，或者同时控制其中多个参数。形成的模拟信号位于电话系统允许通过的话音频带内，经电话线路送到远端。接收端调制解调器测量收到的波形，从中判断码元状态，再恢复成二进制电脉冲和原始数据。

这一过程可以简化为

$$
数字数据
\rightarrow
二进制电压脉冲
\rightarrow
载波调制
\rightarrow
模拟信号
\rightarrow
电话线路
\rightarrow
解调
\rightarrow
二进制数据
$$

`modem` 一词来自 `modulator` 与 `demodulator` 的组合。发送时执行调制，接收时执行解调，所以同一台设备同时具备两个方向的转换能力。

调制不是把数字信息变成毫无规律的连续波，而是按照约定规则改变载波。若双方使用频移键控，可以约定较低音调表示 `0`，较高音调表示 `1`。若双方使用相移键控，可以约定不同相位状态表示不同的比特组合。若使用正交振幅调制，一个码元还可以同时利用振幅和相位携带多个比特。

真实历史中的 `Bell 103` 调制解调器就是很典型的案例。它能够在普通电话线路上以约 `300 bit/s` 的速度传输数字数据，并使用音频频移键控。发起端与应答端分别采用不同的音频频率对，从而支持双向通信。资料记载的发起端频率包括 `1070 Hz` 和 `1270 Hz`，应答端则使用 `2025 Hz` 和 `2225 Hz`。这些频率都位于传统电话话音范围内，因此普通电话线路能够像传输声音一样传输它们。[Bell 103 的频率与传输方式](https://en.wikipedia.org/wiki/Bell_103)

早期使用声耦合器的终端更能直观展示这个过程。电话听筒放在声耦合器上，调制解调器通过扬声器向话筒发出不同音调，又通过麦克风接收对端音调。电话线路全程传递的是声音频率范围内的模拟信号，而终端关心的却是这些音调代表的二进制数据。曾经使用拨号网络连接公告板系统、远程终端和早期互联网的设备，工作的基本逻辑都与题干描述相符。

## 容易混淆的三个概念

做这类题时，真正需要建立的是数据、信号与传输介质之间的层次关系。

`digital data` 指离散信息，典型形式是 `0` 和 `1`。`digital signal` 指幅值只在有限状态之间变化的信号，常见形式是高低电平脉冲。`analog signal` 指幅值、相位或频率能够连续变化的信号，正弦载波是最典型的例子。

电话线路属于传输介质，既不是数据，也不是编码方法。它对能够通过的频率范围和信号功率具有约束。调制解调器的任务，就是把计算机数据变成适合这种介质传播的信号。

另一个容易混淆之处是 `carrier frequency` 与 `frequency spectrum`。载波频率通常指调制所围绕的中心频率，频谱则描述整个信号包含的频率成分。一个调制信号可能以 `1800 Hz` 为中心，却占据 `1200 Hz` 到 `2400 Hz` 的一段频率范围。前者是中心位置，后者才是信号实际占用的频带。

还要区分 `voice frequency` 与现代 `DSL` 使用的频率。传统拨号调制解调器把数据放在话音频带内，因此电话通话和拨号上网通常不能同时占用同一条线路。`ADSL` 则利用高于普通话音频带的频率传输数据，再通过分离器把低频语音和高频数据分开。同样是电话双绞线，所使用的频率资源并不相同。关于 `DSL` 的技术说明也指出，传统拨号调制解调器在约 `300 Hz` 到 `3400 Hz` 的音频基带内调制，而 `DSL` 会使用更高频带。[传统拨号与 DSL 频带的区别](https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_subscriber_line)

回到题目，五个空正好沿着通信链路依次展开。`analog` 说明输出信号类型，`pulses` 说明输入端二进制电压的物理形态，`frequency` 说明调制信号占据频谱，第二个 `frequency` 指出传统调制解调器工作在话音频率范围，`telephone` 则落到真正承载信号的普通电话线路。

最终答案可以记为

$$
\boxed{71A,\ 72C,\ 73B,\ 74B,\ 75B}
$$

整段文字的核心并不复杂，计算机产生的是二进制电压脉冲，传统电话线路适合传输话音频带中的模拟信号，调制解调器在两者之间完成转换。掌握数据、信号、载波、频谱和介质这五个层次以后，这组空格便能从完整的通信过程自然推导出来。


Digital data can also be represented by analog signals by use of a modem. The modem converts a series of binary voltage pulses into an analog signal by encoding the digital data onto a carrier frequency. The resulting signal occupies a certain spectrum of frequency centered about the carrier and may be propagated across a medium suitable for that carrier. The most common modems represent digital data in the voice frequency and hence allow those data to be propagated over ordinary voice-grade telephone lines. At the other end of the line, another modem demodulates the signal to recover the original data.

从二进制电脉冲到电话线载波，调制解调器完形填空详解

Digital data can also be represented by analog signals by use of a modem. The modem converts a series of binary voltage pulses into an analog signal by encoding the digital data onto a carrier frequen

紫薇堂堂主

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数字数据经调制解调器转换为模拟信号，通过电话线路传输。解析了数字信号与模拟信号区别、二进制电压脉冲、频谱概念及话音频率范围，强调调制解调器在数据与电话线路间的转换作用。

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