求离散信号的卷积常用的方法有以下几种
(1)用定义式计算,利用卷积性质求解。
(2)借助图形,分区间卷积。
(3)利用单位取样信号求卷积。
(4)利用序列阵表格法求卷积。
(5)利用z变换方法求卷积。
利用定义式计算是读者应该掌握的基本方法,这种方法计算的结果可以用闭式形式的函数式表达。但在计算时,求和运算的上下限以及求和结果的非零值所在区间应特别注意,稍有疏忽,就会导致错误。在解本例时,不作讨论,主要采用方法(2)、(3)和(4),而方法(5)一般比较适合无时限的序列卷积,且参加卷积的序列的z变换不难求得。
解法一:借助图形,分区间卷积
图1

①
序列x
1(n)和x
2(n)如图1所示。由定义式可知,卷积运算需要经过反折、位移、相乘和累加等运算过程。
首先将x
1(n),x
2(n)以变量m代n,然后将x
2(m)反折、位移得x
2(n-m),n为位移量。再确定x
2(n-m)非零值区间的横坐标,上限为n,下限为n-5,如图2所示。
图2
从图2可知,当位移量n<0时,x
2(n-m)与x
1(m)非零值没有重叠部分,故
s(n)=x
1(n)*x
2(n)=0,n<0
当0≤n≤2时

②
当3≤n≤5时

③
当0≤n-5≤2,即5≤n≤7时

④
当3≤n-5≤5,即8≤n≤10时

⑤
当n-56,即n≥11时,x
1(m)与x
2(n-m)非零值没有重叠部分。
因此
s(n)=x
1(n)*x
2(n)=0
将各区间结果汇总,得

如图3所示。
图3
解法二:利用单位取样序列求卷积
由单位取样序列的卷积性质
s(n)*δ(n-n
0)=s(n-n
0)①
δ(n-m
1)*δ(n-m
2)=δ(n-m
1-m
2)②
而任一序列x(n)都可以用单位取样序列表示,即

因此,可以从两条途径来解本例。
途径一:把x
1(n),x
2(n)都用单位取样序列表示。有
x
1(n)=G
3(n)-G
3(n-3)=δ(n)+δ(n-1)+δ(n-2)-δ(n-3)-δ(n-4)-δ(n-5)
x
2(n)=G
6(n)=δ(n)+δ(n-1)+δ(n-2)+δ(n-3)+δ(n-4)+δ(n-5)
由式①②,求得
x
1(n)*x
2(n)=δ(n)+2δ(n-1)+3δ(n-2)+2δ(n-3)+δ(n-4)-δ(n-6)-2δ(n-7)-3δ(n-8)-2δ(n-9)-δ(n-10)
图形与如图3所示一致。
途径二:只将x
1(n),x
2(n)中的任一序列用单位取样序列表示,比如x
1(n),即
x
1(n)=δ(n)+δ(n-1)+δ(n-2)-δ(n-3)-δ(n-4)-δ(n-5),x
2(n)=G
6(n)
由式①②,求得
x
1(n)*x
2(n)=[δ(n)+δ(n-1)+δ(n-2)-δ(n-3)-δ(n-4)-δ(n-5)]*G
6(n)=G
6(n)+G
6(n-1)+G
6(n-2)-G
6(n-3)-G
6(n-4)-G
6(n-5)
同样可以得到如图3所示的序列。
一般地,若两个序列进行卷积运算,其中一个有限长,而另一个无限长,那么利用单位样值信号求卷积往往比较简便。
解法三:利用“序列阵表格”法求卷积
如下表所示,x
2(n)从左到右排列,x
1(n)从上到下排列,表中填入的值是x
1(n)和x
2(n)的元素在对应位置的乘积。如第一行中各值就是
x
1(n)中的第一个元素x
1(0)与x
2(n)中的各元素相乘得到的。沿各条对角虚线将各乘积项相加,即得到各卷积s(n)之值。如:s(n)中的s(0)项是x
1(0)与x
2(0)相交所在的对角线上各项乘积的相加值,由此往右下推移,可得s(1),s(2),s(3),…。显然,表左上角的第一项就是s(0),其值为1,通过简单的运算,就能得到卷积和
s(n)=x
1(n)*x
2(n)={1,2,3,2,1,0,-1,-2,-3,-2,-1}
若所求的卷积和s(n)不是从s(0)开始的,那么在表中,从s(0)向左上推移,即可依次得到s(-1),x(-2),s(-3),…,读者不妨自己练习。从以上过程可以看出,若参加卷积的两个序列都是有限长且较短的序列,那么“序列阵表格法”是一种很简便的求解方法。