[发明专利]基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法。

背景技术

随着信息时代的到来，信息传输量呈爆炸式增长。作为信息传输的载体，通信电缆的需求量不断提高。通信电缆是指用于近距音频通信和远距高频载波数字通信及信号传输的电缆，是中国的五大电缆产品之一。在传输各种通信信号的过程中，近端串音干扰是影响通信电缆通信质量的重要因素之一。在同一根通信电缆中，通过合理选择各线对的绞合节距可以降低线对间的串音影响，但是，绞合节距的变化又直接影响到制造通信电缆的导体用量，即通信电缆的制造成本。因此，设计出既能满足近端串音要求又能节约导体用量的绞合节距具有重要的意义。

为降低近端串音干扰对通信电缆通信质量的影响，国内外已有相关标准对近端串音干扰和绞合节距提出了设计要求。国内，如行业标准YD/T322-84和YD/T630-93、国家标准GB/T13849-2013；国外，如美国标准ANSI/ICEAS-84-608-1998和ANSI/ICEAS-85-625-1989，均包含串音的相关规定。其中国内行业标准YD/T322-84和YD/T630-93，与国家标准GB/T13849-2013均指出对于长度大于3m的线对，其平均绞合节距最大不超过155mm。

目前，由于国内外标准仅给出了绞合节距的设计范围，通信电缆生产行业设计绞合节距时通常在满足国家标准或行业标准的前提下来确定绞合节距。且在设计过程中，通常只考虑了绞合节距对串音的影响而并未考虑导体的用量。

发明内容

本发明提供了一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法。该方法旨在优化通信电缆的绞合节距，以在降低通信电缆导体用量的同时满足近端串音干扰的要求。该方法在初始化通信电缆设计参数的基础上，设计了通信电缆导体用量和近端串音衰减两个优化目标函数，采用非劣分层方法解决了双目标优化（导体用量和近端串音衰减）的非一致性问题，并结合双目标模拟退火算法和非劣分层思想获取绞合节距的可行解集，为通信电缆绞合节距的设计提供了优选空间。

一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法，在初始化通信电缆设计参数的基础上，设计了通信电缆导体用量和近端串音衰减两个优化目标函数，并结合双目标模拟退火算法和非劣分层思想获取绞合节距的可行解集。

其中，通信电缆导体用量的优化目标函数，导体用量的计算公式为：

式中，d为单根导体直径，为导体密度，n为导体绞合对数，为绞入系数。

其中，通信电缆近端串音衰减的优化目标函数，近端串音衰减的计算公式为：

式中，Z为它们的特性阻抗，Y为串音耦合矢量。

一种基于双目标模拟退火算法及非劣分层的通信电缆绞合节距优化方法，技术方案主要包含以下内容：

一、通信电缆设计参数初始化

优化对象是通信电缆的绞合节距，选取通信电缆的长度为L，直径为D，线对数为n，通信电缆中各线对的排列方式根据行业标准进行排列，由已确定通信电缆的长度、直径和排列方式参数确定通信电缆的等效常数、相对导磁系数及耦合频率F等参数；

二、设计优化目标函数

本发明设计了通信电缆的导体用量和近端串音衰减两个优化目标函数，旨在通过优化通信电缆的绞合节距以在降低导体用量的同时满足近端串音干扰的要求。

（1）导体用量

即在通信电缆制造过程中，线芯导体的使用量，导体用量与绞合节距有着直接的关系，绞合节距越小，绞入系数越高，导体用量越大，即绞合节距与导体用量成反比，绞合节距与导体用量的关系如下：

（1）

式中，d为单根导体直径，为导体密度，n为导体绞合根数，为绞入系数，绞入系数是在一个节距中，展开的单线长度与节距长度h之比，

（2）近端串音衰减

在确定通信电缆中各线对排列方式的基础上，通过设计并优化各线对的绞合节距，可以降低线对间的近端串音干扰，通常在近端串音的计算中使用近端串音衰减来量化近端串音干扰，近端串音衰减值越大则线对间的近端串音干扰越小，另外，由于通信电缆中有n对线对，相应的有个线对间的近端串音衰减，取其最小值为目标函数。近端串音衰减的计算公式如下：

（2）