自适应频点采样的扫频方法、系统及相关设备与流程

1.本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种自适应频点采样的扫频方法、系统及相关设备。


背景技术：

2.随着无线通讯技术的发展，各类电子消费产品对射频器件的需求越来越大，相对应的，在射频器件设计过程中，设计人员对仿真软件扫频效率与准确度的要求也越来越高。通常情况下，密集的扫频点可以提高扫频曲线的精确度，但同样也会大大增加计算所需的时间。因此需要加速算法在保证计算精度的前提下尽可能的减小计算所需时间。
3.主流的仿真软件，例如comsol，通常会采用渐进波形估计方法（asymptotic waveform evaluation，简称awe）与自适应兰索斯-帕德扫频方法（alps）等方法来提高扫频的计算效率。在有限单元法中，以上方法的基本原理是通过计算几个典型频点下的频率响应，然后通过泰勒级数、pade有理逼近等数学方法对整体矩阵进行近似展开，从而对相邻频点的频率响应以一种很小的计算开销来估计。问题在于，awe等方法所基于的泰勒级数展开往往只能在采样频点周围具有较高的精度，而在距离采样频点较远处以及频率响应快速变化处存在频率相应估计精度不高的问题，而频率相应快速变化的区域往往是采样过程中比较关心的区域。
4.在实际仿真中，往往只对频带部分区域，如通带内的频率响应的精度具有较高要求，而对其他区域的频率响应的精度则没有太高的要求。传统的估计方法则会不加区分的将全部频带划分成若干个较窄的频段，然后对每个频带分别进行扫频分析，因此仍然存在效率较低的问题，因此，传统的估计方法一方面存在频率响应快速变化处可能精度不高的问题，另一方面也存在对于采样中不关心的区域消耗了大量计算资源的问题。并且，传统的估计方法往往依赖于具体的数值模拟算法，如渐进波形估计方法需要将有限元方法的整体矩阵进行分解，从而得到电场值随频率变化的解析表达式，这样的方法对于实验测量、机器学习等不存在显式控制方程的环境不适用。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种自适应频点采样的扫频方法、系统及相关设备，旨在解决传统的扫频方法依赖具体数值、不适用于实验测量、机器学习等场景的问题。
6.第一方面，本发明实施例提供一种自适应频点采样的扫频方法，运用于射频器件的仿真，所述扫频方法包括以下步骤：s1、确定频点采样数n、频点最终采样数和采样范围，并使用预设仿真方法在所述采样范围中进行采样，并计算n处采样点的频率响应，其中，采样点处的所述频率响应为；s2、计算所述频率响应的一阶导数和二阶导数；s3、根据所述一阶导数、所述二阶导数对n处所述采样点进行频率响应曲线估计，
得到条估计曲线，其中，采样点对应的估计曲线为，适用范围为；s4、依次获取相邻的所述估计曲线与之间的最大误差频点，直至得到个所述最大误差频点，每一所述最大误差频点具有误差值；s5、根据预设评价方法对每一所述最大误差频点的所述误差值进行计算，得到每一所述最大误差频点的评价指标；s6、根据所述评价指标进行排序，并选择前m个所述最大误差频点作为已采样点，其中，m小于n，m、n均为大于0的整数，且：若所述已采样点的累计数量未达到所述频点最终采样数，则返回步骤s2进行迭代执行；若所述已采样点的累计数量达到所述频点最终采样数，则停止迭代；s7、输出所有所述已采样点作为最终采样点。
7.更进一步地，步骤s1中，所述预设仿真方法在所述采样范围中进行采样的方式为均匀采样。
8.更进一步地，步骤s2中，计算所述频率响应的一阶导数和二阶导数所使用的方法为中心差分法。
9.更进一步地，步骤s3中，所述估计曲线满足以下关系式（1）：（1）。
10.更进一步地，步骤s4中，所述最大误差频点x
p
满足以下关系式（2）：（2）；所述误差值满足以下关系式（3）：（3）。
11.更进一步地，步骤s5中，当所述频率响应的类型为y参数时，所述预设评价方法为：s51、在所述采样点中，选择y参数取值最大的频点最大值和频点最小值，并计算出对应的最大值估计曲线和最小值估计曲线；s52、根据所述最大值估计曲线和所述最小值估计曲线得到谐振点和反谐振点，并将所述谐振点和所述反谐振点加入迭代使用的所述采样点中；s53、定义所述最大误差频点的所述评价指标为，所述评价指标满足以下关系式（4）：（4）。
12.更进一步地，步骤s5中，当所述频率响应的类型为s参数时，所述预设评价方法为：s51、定义所述频率响应的s参数包括第一s参数和第二s参数；s52、分别计算所述第一s参数和所述第二s参数的估计曲线的评价指标和，其中，所述第一s参数的评价指标满足以下关系式（5）：（5）；
所述第二s参数的评价指标f
21
(x
p
)满足以下关系式（6）：（6）；s53、定义所述最大误差频点的所述评价指标为，所述评价指标满足以下关系式（7）：（7）。
13.第二方面，本发明实施例还提供一种自适应频点采样的扫频系统，运用于射频器件的仿真，包括：初始化模块，用于确定频点采样数n、频点最终采样数和采样范围，并使用预设仿真方法在所述采样范围中进行采样，并计算n处采样点的频率响应，其中，采样点处的所述频率响应为；求导模块，用于计算所述频率响应的一阶导数和二阶导数；频率响应估计模块，用于根据所述一阶导数、所述二阶导数对n处所述采样点进行频率响应曲线估计，得到条估计曲线，其中，采样点对应的估计曲线为，适用范围为；最大误差计算模块，用于依次获取相邻的所述估计曲线与之间的最大误差频点，直至得到个所述最大误差频点，每一所述最大误差频点具有误差值；评价模块，用于根据预设评价方法对每一所述最大误差频点的所述误差值进行计算，得到每一所述最大误差频点的评价指标；迭代模块，用于根据所述评价指标进行排序，并选择前m个所述最大误差频点作为已采样点，其中，m小于n，m、n均为大于0的整数，且：若所述已采样点的累计数量未达到所述频点最终采样数，则返回所述频率响应估计模块进行迭代执行；若所述已采样点的累计数量达到所述频点最终采样数，则停止迭代；输出模块，用于输出所有所述已采样点作为最终采样点。
14.第三方面，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述实施例中任意一项所述的自适应频点采样的方法中的步骤。
15.第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例中任意一项所述的自适应频点采样的方法中的步骤。
16.本发明所达到的有益效果，由于采用了一种不依赖于具体数值方法自适应频点采样方法，能够对频率响应快速变化处进行精确仿真，而在其他不感兴趣的区域进行粗略仿真，从而提高射频器件设计过程的精度与效率；同时，针对频率响应中y参数与s参数的特点使用不同的评价指标，从而减少扫频所需要的采样点，提高扫频速度。
附图说明
17.图1是本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频方法的步骤流程框图；
图2是本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频方法在s参数中采样的示意图；图3是本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频方法在y参数中采样的示意图；图4是本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频系统的结构示意图；图5是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.请参照图1，图1是本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频方法的步骤流程框图，所述扫频方法运用于射频器件的仿真，所述扫频方法包括以下步骤：s1、确定频点采样数n、频点最终采样数和采样范围，并使用预设仿真方法在所述采样范围中进行采样，并计算n处采样点的频率响应，其中，采样点处的所述频率响应为。
20.更进一步地，步骤s1中，所述预设仿真方法在所述采样范围中进行采样的方式为均匀采样。
21.具体的，所述预设仿真方法可以是任意一种数值仿真计算方法，例如matlab等。
22.s2、计算所述频率响应的一阶导数和二阶导数。
23.更进一步地，步骤s2中，计算所述频率响应的一阶导数和二阶导数所使用的方法为中心差分法。
24.s3、根据所述一阶导数、所述二阶导数对n处所述采样点进行频率响应曲线估计，得到条估计曲线，其中，采样点对应的估计曲线为，适用范围为。
25.具体的，根据所述一阶导数、所述二阶导数对n处所述采样点进行频率响应曲线估计时，按照每两个相邻的所述采样点进行，并且可以进一步通过泰勒公式进行估计，从而得到所述估计曲线。
26.更进一步地，步骤s3中，所述估计曲线满足以下关系式（1）：（1）。
27.s4、依次获取相邻的所述估计曲线与之间的最大误差频点，直至得到个所述最大误差频点，每一所述最大误差频点具有误差值。
28.具体的，对于任意范围中的一点，其都可以通过其两侧采样点的估计曲线与进行预测，即与。
29.同时，为了便于后续评价指标及迭代的计算，本发明实施例通过数据验证，将所述最大误差频点取值为其计算使用的所述估计曲线对应的所述采样点的中点。
30.更进一步地，步骤s4中，所述最大误差频点x
p
满足以下关系式（2）：（2）；所述误差值满足以下关系式（3）：（3）。
31.s5、根据预设评价方法对每一所述最大误差频点的所述误差值进行计算，得到每一所述最大误差频点的评价指标。
32.具体的，所述频率响应的参数类型可以为多种，包括s参数和y参数，不同参数虽然本质上都等效为二端口网络之后的二端口网络参数，但得到数值的过程不同，在本发明实施例中，根据数值类型的不同，所述评价指标的计算方法也不同。
33.更进一步地，步骤s5中，当所述频率响应的类型为y参数时，所述预设评价方法为：s51、在所述采样点中，选择y参数取值最大的频点最大值和频点最小值，并计算出对应的最大值估计曲线和最小值估计曲线；s52、根据所述最大值估计曲线和所述最小值估计曲线得到谐振点和反谐振点，并将所述谐振点和所述反谐振点加入迭代使用的所述采样点中；s53、定义所述最大误差频点的所述评价指标为，所述评价指标满足以下关系式（4）： （4）。
34.所述谐振点和所述反谐振点加入迭代使用的所述采样点后，采样点所体现的采集方式会逐渐向所述谐振点和所述反谐振点的位置靠近，从而实现目标兴趣频带的扫频。
35.对应的，本发明还提供另一种实施例，步骤s5中，当所述频率响应的类型为s参数时，所述预设评价方法为：s51、定义所述频率响应的s参数包括第一s参数和第二s参数；s52、分别计算所述第一s参数和所述第二s参数的估计曲线的评价指标和，其中，所述第一s参数的评价指标满足以下关系式（5）：（5）；所述第二s参数的评价指标f
21
(x
p
)满足以下关系式（6）：（6）；s53、定义所述最大误差频点的所述评价指标为，所述评价指标满足以下关系式（7）： （7）。
36.s6、根据所述评价指标进行排序，并选择前m个所述最大误差频点作为已采样点，其中，m小于n，m、n均为大于0的整数，且：若所述已采样点的累计数量未达到所述频点最终采样数，则返回步骤s2进行迭代执行；若所述已采样点的累计数量达到所述频点最终采样数，则停止迭代。
37.具体的，本发明实施例设定所述频点最终采样数，并将步骤s2至步骤s6作为一次完整的迭代过程，其中，在每次迭代后，在原本划分的所述采样点的基础上再进行频率估计，会得到比迭代前一次使用的所述采样点的数量更多的用于计算的所述采样点，通过多次迭代，并将每次迭代中满足所述评价指标的所述最大误差频点作为选用的采样点，从而
在较少频点情况下对目标频带进行高效地采样。
38.s7、输出所有所述已采样点作为最终采样点。
39.示例性的，请参照图2和图3，其分别是本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频方法在s参数和y参数中采样的示意图，其中，对于s参数，在通带内采样点的连线与真实曲线具有较高的一致性；对于y参数，采样点的连线与真实曲线整体具有较高的一致性；图2、图3中下方的散点为每次采样时选择的点，其采样批次呈层级变化，可以看出，第一批次采样点与第二批次采样点均体现为均匀采样，但第三批次及之后的采样点则集中在了较为集中的区域，在图2及图3中，第三批次及之后的采样点均向s参数的带内区域以及y参数的谐振点、反谐振点处靠近。
40.本发明所达到的有益效果，由于采用了一种不依赖于具体数值方法自适应频点采样方法，能够对频率响应快速变化处进行精确仿真，而在其他不感兴趣的区域进行粗略仿真，从而提高射频器件设计过程的精度与效率；同时，针对频率响应中y参数与s参数的特点使用不同的评价指标，从而减少扫频所需要的采样点，提高扫频速度。
41.本发明实施例还提供一种自适应频点采样的扫频系统，请参照图4，图4是本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频系统的结构示意图，所述自适应频点采样的扫频系统200包括：初始化模块201，用于确定频点采样数n、频点最终采样数和采样范围，并使用预设仿真方法在所述采样范围中进行采样，并计算n处采样点的频率响应，其中，采样点处的所述频率响应为；求导模块202，用于计算所述频率响应的一阶导数和二阶导数；频率响应估计模块203，用于根据所述一阶导数、所述二阶导数对n处所述采样点进行频率响应曲线估计，得到条估计曲线，其中，采样点对应的估计曲线为，适用范围为；最大误差计算模块204，用于依次获取相邻的所述估计曲线与之间的最大误差频点，直至得到个所述最大误差频点，每一所述最大误差频点具有误差值；评价模块205，用于根据预设评价方法对每一所述最大误差频点的所述误差值进行计算，得到每一所述最大误差频点的评价指标；迭代模块206，用于根据所述评价指标进行排序，并选择前m个所述最大误差频点作为已采样点，其中，m小于n，m、n均为大于0的整数，且：若所述已采样点的累计数量未达到所述频点最终采样数，则返回所述频率响应估计模块进行迭代执行；若所述已采样点的累计数量达到所述频点最终采样数，则停止迭代；输出模块207，用于输出所有所述已采样点作为最终采样点。
42.所述自适应频点采样的扫频系统200能够实现如上述实施例中的自适应频点采样的扫频方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。
43.本发明实施例还提供一种计算机设备，请参照图5，图5是本发明实施例提供的计算机设备的结构示意图，所述计算机设备300包括：存储器302、处理器301及存储在所述存
储器302上并可在所述处理器301上运行的计算机程序。
44.所述处理器301调用所述存储器302存储的计算机程序，执行本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频方法中的步骤，请结合图1，具体包括：s1、确定频点采样数n、频点最终采样数和采样范围，并使用预设仿真方法在所述采样范围中进行采样，并计算n处采样点的频率响应，其中，采样点处的所述频率响应为；s2、计算所述频率响应的一阶导数和二阶导数；s3、根据所述一阶导数、所述二阶导数对n处所述采样点进行频率响应曲线估计，得到条估计曲线，其中，采样点对应的估计曲线为，适用范围为；s4、依次获取相邻的所述估计曲线与之间的最大误差频点，直至得到个所述最大误差频点，每一所述最大误差频点具有误差值；s5、根据预设评价方法对每一所述最大误差频点的所述误差值进行计算，得到每一所述最大误差频点的评价指标；s6、根据所述评价指标进行排序，并选择前m个所述最大误差频点作为已采样点，其中，m小于n，m、n均为大于0的整数，且：若所述已采样点的累计数量未达到所述频点最终采样数，则返回步骤s2进行迭代执行；若所述已采样点的累计数量达到所述频点最终采样数，则停止迭代；s7、输出所有所述已采样点作为最终采样点。
45.更进一步地，步骤s1中，所述预设仿真方法在所述采样范围中进行采样的方式为均匀采样。
46.更进一步地，步骤s2中，计算所述频率响应的一阶导数和二阶导数所使用的方法为中心差分法。
47.更进一步地，步骤s3中，所述估计曲线满足以下关系式（1）：（1）。
48.更进一步地，步骤s4中，所述最大误差频点满足以下关系式（2）：（2）；所述误差值满足以下关系式（3）：（3）。
49.更进一步地，步骤s5中，当所述频率响应的类型为y参数时，所述预设评价方法为：s51、在所述采样点中，选择y参数取值最大的频点最大值和频点最小值，并计算出对应的最大值估计曲线和最小值估计曲线；s52、根据所述最大值估计曲线和所述最小值估计曲线得到谐振点和反谐振点，并将所述谐振点和所述反谐振点加入迭代使用的所述采样点中；s53、定义所述最大误差频点的所述评价指标为，所述评价指标满足以下关系式（4）：
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（4）。
50.更进一步地，步骤s5中，当所述频率响应的类型为s参数时，所述预设评价方法为：s51、定义所述频率响应的s参数包括第一s参数和第二s参数；s52、分别计算所述第一s参数和所述第二s参数的估计曲线的评价指标和，其中，所述第一s参数的评价指标满足以下关系式（5）：（5）；所述第二s参数的评价指标满足以下关系式（6）：（6）；s53、定义所述最大误差频点的所述评价指标为，所述评价指标满足以下关系式（7）： （7）。
51.本发明实施例提供的计算机设备300能够实现如上述实施例中的自适应频点采样的扫频方法中的步骤，且能实现同样的技术效果，参上述实施例中的描述，此处不再赘述。
52.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的自适应频点采样的扫频方法中的各个过程及步骤，且能实现相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
53.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（read-only memory，rom）或随机存取存储器（random access memory，简称ram）等。
54.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
55.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如rom/ram、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
56.上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式用等同变化，均属于本发明的保护之内。