奈奎斯特第一准则是典中典的,但是对于第二、第三准则的分析、讨论,中文资料并不多。此处给出一些简要的总结和分析。
奈奎斯特第一准则
对于一个基带传输响应,接入信号为W(t),输出信号为V(t). 不考虑噪声和非线形响应,把收发滤波器和信道综合成H(s). 为讨论方便,把接入信号规定为冲击函数的随机序列
W(t)=k=−∞∑∘Ikδ(t−kTs)
则有奈氏第一准则:
当
H(f)={h0Tse−f2πft00∣f∣≤fs/2∣f∣>fs/2
时,可以实现在抽样点无失真的传输条件,其中t0为通道的群时延
有H(f)的时域响应h(t)为
h(t)=h0Sa[πfs(t−t0)]
考虑输出V(t)在抽样点t=t0+iT的值
Vt=V(t0+iTx)=k=−n∑∞Ikh[t0+(i−k)Tx]
代入h(t)式,可得
Vi=Iih0
可以看出,输出信号在第I时隙抽样点的值只取决于这个时隙码Ik本身的数值,而与其它时隙的码无关,这就是消除了码与码之间的串绕。此即奈氏第一准则的物理意义。
在实际应用中,奈氏第一准则指导了数字信号采样和重构的过程,有助于确保数字信号的质量和完整性。例如,在数字化媒体处理中,奈奎斯特第一准则用于确定数字化音频、视频和图像的采样率和带宽。若图形的采样分辨率(或是像素密度)不适当,可能会有混叠的情形。二维的混叠会形成莫列波纹。

奈奎斯特第二准则
奈奎斯特第二准则又称转换点无失真或称为无抖动准则。如果码元在从+A到−A,或从−A到+A的电平转换点处,如果转换点有失真,可以在零电平判决,从而可以无畸变的恢复出数字码元脉冲。
若输出信号在第n时隙内有一个转换点,其准确位置为t=t0+nTs−2Ts,即有:V(t0+nTs−2Ts)=0满足奈氏第二准则,代入冲激响应公式,可解得成立条件为
h(t0+iTs−2Ts)={h10,i=0,1,i=0,1
可以证明,满足奈氏第二准则的理想滤波器的频率响应为
H(f)={2h0Tscos(2πf2Ts),0,∣f∣≤fN∣f∣>fN
其时域响应为
h(t)=h0π(1−4fst2)4cos(πfst)
在实际的应用中,依据奈氏第二准则,有控制地在某些码元的抽样时刻引入码间干扰,而在其余码元的抽样时刻无码间干扰,就能使频带利用率达到理论上的最大值,同时又可降低对定时精度的要求。
奈奎斯特第三准则
奈奎斯特第三准则又称波形面积无失真准则。考虑第n个时隙(nTs−2Ts,nTs+2Ts)中波形的面积
∫nTsnTs+2TsV(t)dt−k=−∞∑∞Ik∫nTs−2TsnTs−2Tsh(t−kTs)dt
令t−kTs=t′,则有
∫nTs−2TsnTs+2TsV(t)dt=k=−∞∑∞Ik∫(n−k)Ts−2Ts(n−k)Ts+2Tsh(t′)dt′
若
∫iTs−2TsiTs+2Tsh(t)dt={g00i=0i=0
则有
∫nTs−2TsnTs+2TsV(t)dt=Ing0
在第n个时隙中的波形面积只决定于该时隙码字的取值,而和其它时隙码字无关,波形面积无失真。
可以证明, 满足奈氏第三准则的滤波器,是一个对于矩形脉冲的输出响应满足无码间串绕(即满足奈氏第一准则)的滤波器。有其频率响应为
NIII(f)=NI(f)sinπfTsπTs
在实际的应用中,由于一般的数字信号不可能是冲激响应,而是矩形脉冲。为了满足第一准则,大多时候都需要采用第三准则滤波器。