[發明專利]基于雙目標模擬退火算法及非劣分層的通信電纜絞合節距優化方法

在審

• 申請號: 201510826716.1
• 申請日: 2015-11-25
• 公開（公告）號: CN105303061A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 李鵬;劉遠;王裕華;鄒添;彭嘉潮
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明涉及通信技術領域，具體涉及一種基于雙目標模擬退火算法及非劣分層的通信電纜絞合節距優化方法。

背景技術

隨著信息時代的到來，信息傳輸量呈爆炸式增長。作為信息傳輸的載體，通信電纜的需求量不斷提高。通信電纜是指用于近距音頻通信和遠距高頻載波數字通信及信號傳輸的電纜，是中國的五大電纜產品之一。在傳輸各種通信信號的過程中，近端串音干擾是影響通信電纜通信質量的重要因素之一。在同一根通信電纜中，通過合理選擇各線對的絞合節距可以降低線對間的串音影響，但是，絞合節距的變化又直接影響到制造通信電纜的導體用量，即通信電纜的制造成本。因此，設計出既能滿足近端串音要求又能節約導體用量的絞合節距具有重要的意義。

為降低近端串音干擾對通信電纜通信質量的影響，國內外已有相關標準對近端串音干擾和絞合節距提出了設計要求。國內，如行業標準YD/T322-84和YD/T630-93、國家標準GB/T13849-2013；國外，如美國標準ANSI/ICEAS-84-608-1998和ANSI/ICEAS-85-625-1989，均包含串音的相關規定。其中國內行業標準YD/T322-84和YD/T630-93，與國家標準GB/T13849-2013均指出對于長度大于3m的線對，其平均絞合節距最大不超過155mm。

目前，由于國內外標準僅給出了絞合節距的設計范圍，通信電纜生產行業設計絞合節距時通常在滿足國家標準或行業標準的前提下來確定絞合節距。且在設計過程中，通常只考慮了絞合節距對串音的影響而并未考慮導體的用量。

發明內容

本發明提供了一種基于雙目標模擬退火算法及非劣分層的通信電纜絞合節距優化方法。該方法旨在優化通信電纜的絞合節距，以在降低通信電纜導體用量的同時滿足近端串音干擾的要求。該方法在初始化通信電纜設計參數的基礎上，設計了通信電纜導體用量和近端串音衰減兩個優化目標函數，采用非劣分層方法解決了雙目標優化（導體用量和近端串音衰減）的非一致性問題，并結合雙目標模擬退火算法和非劣分層思想獲取絞合節距的可行解集，為通信電纜絞合節距的設計提供了優選空間。

一種基于雙目標模擬退火算法及非劣分層的通信電纜絞合節距優化方法，在初始化通信電纜設計參數的基礎上，設計了通信電纜導體用量和近端串音衰減兩個優化目標函數，并結合雙目標模擬退火算法和非劣分層思想獲取絞合節距的可行解集。

其中，通信電纜導體用量的優化目標函數，導體用量的計算公式為：

式中，d為單根導體直徑，為導體密度，n為導體絞合對數，為絞入系數。

其中，通信電纜近端串音衰減的優化目標函數，近端串音衰減的計算公式為：

式中，Z為它們的特性阻抗，Y為串音耦合矢量。

一種基于雙目標模擬退火算法及非劣分層的通信電纜絞合節距優化方法，技術方案主要包含以下內容：

一、通信電纜設計參數初始化

優化對象是通信電纜的絞合節距，選取通信電纜的長度為L，直徑為D，線對數為n，通信電纜中各線對的排列方式根據行業標準進行排列，由已確定通信電纜的長度、直徑和排列方式參數確定通信電纜的等效常數、相對導磁系數及耦合頻率F等參數；

二、設計優化目標函數

本發明設計了通信電纜的導體用量和近端串音衰減兩個優化目標函數，旨在通過優化通信電纜的絞合節距以在降低導體用量的同時滿足近端串音干擾的要求。

（1）導體用量

即在通信電纜制造過程中，線芯導體的使用量，導體用量與絞合節距有著直接的關系，絞合節距越小，絞入系數越高，導體用量越大，即絞合節距與導體用量成反比，絞合節距與導體用量的關系如下：

（1）

式中，d為單根導體直徑，為導體密度，n為導體絞合根數，為絞入系數，絞入系數是在一個節距中，展開的單線長度與節距長度h之比，

（2）近端串音衰減

在確定通信電纜中各線對排列方式的基礎上，通過設計并優化各線對的絞合節距，可以降低線對間的近端串音干擾，通常在近端串音的計算中使用近端串音衰減來量化近端串音干擾，近端串音衰減值越大則線對間的近端串音干擾越小，另外，由于通信電纜中有n對線對，相應的有個線對間的近端串音衰減，取其最小值為目標函數。近端串音衰減的計算公式如下：

（2）