理想低通网络波形形成和奈奎斯特第一准则

发布时间:2023-08-12
我们先考虑一个理想化情况来说明频带限制与传输速率的重要关系。假定图中1-2点的系统传输特性是理想低通传输特性,如下图
图1 理想低通传输特性
其传递函数可表示为
式中, fn为截止频率,td 为固定时延。
据信号与传输理论可知,网络对单位冲激脉冲δt 的响应,就是网络传递函数的傅立叶反变换,即
其响应ht 的波形如图2。
图2理想低通网络单位冲激脉冲的响应
理想低通冲激响应的特点是:
① 在t=td处有最大值,通常可令td=0;
②在最大值两边作均匀间隔的衰减波动,以t=td为中心每隔 出现一个过零点。
如用冲激脉冲序列加到低通滤波器的输入,则按叠加定理,每个冲激脉冲在滤波器输出都产生一个如图2的波形。该波形最大值出现的时刻,即
上式中am2fn正是第m个发送码元在接收端输出的取样值;
而第二项为第m码元前后码元对第m码元的干扰,称为码间干扰或符号间干扰。
如果我们在发送端是按t= 的间隔来传送数据序列,则式中的第二项为零。
于是这时的取样值为 ,无码间干扰。
如输入序列是101101,则理想低通网络输出为
图3 理想低通网络序列信号冲激脉冲响应的采样
这种码元传输速率与传输系统特性(对于理想低通主要是它的截止频率fn)之间的配合关系,称为奈奎斯特第一准则。这时的码元(符号)速率为2fn 波特(即每秒传输fn2 个码元)。奈氏第一准则用文字详细表述是:如系统等效网络具有理想低通特性,且截止频率为fn时,则该系统中允许的最高码元(符号)速率为2fn ,这时系统输出波形在峰值点上不产生前后符号干扰。由于该准则的重要性,国际上把fn称为奈奎斯特频带。2fn 波特称为奈奎斯特速率,t= 称为奈奎斯特间隔。这一定理表明,在频带fn内,2fn 波特是极限速率,所以系统的最高频带利用率为每赫兹2bd或2bd/hz,这个极限速率是不能逾越的。
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