奈奎斯特准则的简洁证明

一般而言,发送滤波器和接收滤波器的冲激响应相同且关于原点对称,有用信号事实上经过了这两个滤波器,所以等效滤波器为:

g(t)=g_{tx}(t)*g_{rx}(t)

为使无符号间干扰,g(t) 应满足:

\left\{\begin{matrix} g(0)=1 & & \\ g(kT)=0,k\neq 0 & & \end{matrix}\right.

 奈奎斯特准则指出上式等价于:

\frac{1}{T}\sum_{k\epsilon \mathbb{Z}}^{}G(f-\frac{k}{T})=1

其中 G(f)表示g(t)的傅里叶变换,T是符号间隔时间。

证明:

g(t)\leftrightarrow G(f)

g(t)\cdot \delta _{T}(t)\leftrightarrow \frac{1}{T}G(f)* \delta _{f_{0}}(f)

其中\leftrightarrow表示傅里叶变换,\delta _{T}(t)表示冲激函数以T为周期进行周期延拓所得的周期冲激函数,它的傅里叶变换为\frac{1}{T}\delta _{f_{0}}(f),其中f_{0}=\frac{1}{T},是冲激函数以f_{0}为周期进行周期延拓所得。至于为什么,我们知道周期函数的傅里叶变换是:其单个周期的傅里叶变换的冲激采样再乘以采样间隔。具体说,\delta _{T}(t)是以T为周期的周期函数,它的单个周期为\delta (t),对应的傅里叶变换为1,对1在频域以间隔f_{0}=\frac{1}{T}冲激采样得到\delta _{f_{0}}(f),再乘以采样间隔就是\frac{1}{T}\delta _{f_{0}}(f)。我们可以发现上式左边其实就等于\delta (t),所以接下来有:

\delta (t)\leftrightarrow 1=\frac{1}{T}\sum_{k\epsilon \mathbb{Z}}^{}G(f-\frac{k}{T})

得证。


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