基于粒子群算法的光纖通信干擾信號定位方法

陳俊杰

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

光纖通信作為信號傳輸的主流通信方式，其相關研究一直是通信方面的研究重點，必須提高關注度。在光纖通信過程中，必然會存在干擾信號影響通信的質量，因此定位光纖通信干擾信號具有實際意義，可以為去除光纖通信干擾信號提供精準的數據支持[1]。我國對光纖通信干擾信號定位方法的分析并不少見，主要是通過計算通信干擾信號特征參數，判斷其在光纖通信信道中的所處位置，但在實際應用中存在定位誤差大的現象，這主要主要是因為光纖通信干擾信號定位目標函數的求解方式為局部尋優，而非全局尋優，因此研究本身存在局限性[2]。粒子群算法在本質上屬于一種并行算法，能夠通過并行的方式實現對目標函數的全局尋優，進而得到目標函數的精準解[3]?；诖?，本文將粒子群算法應用在光纖通信干擾信號定位方法中，基于粒子群算法設計光纖通信干擾信號定位方法，致力于降低光纖通信干擾信號定位誤差，為去除光纖通信干擾信號提供精準有效的數據。

1 粒子群算法

粒子群算法在本質上是鳥群覓食算法，在實際應用或計算中也被稱為PSO算法，是近年來我國社會開發的一種高新計算方法。此算法最早由J.Kennedy與R.C.Eberhart聯合推出，由于算法中涉及有關成果的演進，因此粒子群算法可以被認為是進化算法的一種，其應用與計算與退火算法具備一定相似性，在計算機中均屬于從隨機解法出發[4]。綜合對計算數據的多次迭代行為，挖掘數據求解中的最優數值，相比其他算法，粒子群算法的計算更為便捷，可直接將輸出的最優解作為全局最終求解結果[5]。綜合對粒子群算法的評價，其不僅具備計算步驟簡單，也具備計算行為收斂性強等顯著優勢。目前針對粒子群算法的優勢已經引起了有關學術研究者的重點關注，其簡易結構如圖1所示。

圖1 粒子群算法簡易結構

2 光纖通信干擾信號定位方法

2.1 獲取光纖通信干擾信號

考慮到光纖通信干擾信號分為正向和反向兩個傳播方向，需要通過前向計算和反向誤差調節聯合獲取光纖通信干擾信號[6]。在前向計算中，以獲取光纖通信干擾信號為參考依據，輸入信息可記為X，則有X=(x1,x2,…,xn)，輸出信息可記為Y，則有Y=(y1,y2,…,yn)，利用粒子群算法，設獲取光纖通信干擾信號前向計算具體表達式為g，具體計算如下：

式中，f表示光纖通信干擾信號期望輸出量；w—表示連接權值；i表示光纖通信干擾信號獲取個數，為實數。通過在光纖通信信道中安裝多個超聲波傳感器，結合式（1）獲取光纖通信前向干擾信號。為獲取光纖通信反向干擾信號，必須進行反向誤差調節，表述如下：

式中，δp表示誤差調節權值；netjp表示狄利雷克分布函數；xjp表示輸入信號的反向誤差調節虛數單位；yjp表示輸出信號的反向誤差調節虛數單位。在得出式（2）的基礎上，判斷得出的誤差調節權值能否滿足光纖通信干擾信號獲取的精度要求。通常情況下，光纖通信干擾信號反向誤差調節范圍必須控制在[0.6≤δp＜1.5]，否則將視為無效信號[7]。通過此公式，可使光纖通信干擾信號在高斯噪聲存在的情況下保證其獲取的精度，通過更新光纖通信干擾信號超聲波信息，完整獲取光纖通信干擾信號。

2.2 粒子群算法建立光纖通信干擾信號定位適應度函數

在獲取光纖通信干擾信號的前提下，基于粒子群算法建立光纖通信干擾信號定位適應度函數[8]。通過粒子群算法，以光纖通信干擾信號定位適應度為核心參數，引入Neff，運用粒子公式建立光纖通信干擾信號定位適應度函數。設其適應度函數為q，可得以下關系：

式中，a、b、c表示光纖通信環境因素等懲罰系數，為實數；p表示Neff；x、y、z表示光纖通信干擾信號定位特征聚類的融合概率密度函數；d表示光纖通信干擾信號粒子的速度?？梢詫⒘Ｗ尤核惴ㄗ鳛楣饫w通信干擾信號定位的核心層，提高全局收斂性[9]。采用粒子群算法中的啟發式因子特征分解方法，降維處理光纖通信干擾信號定位適應度函數，得到光纖通信干擾信號定位適應度函數的降維表達式為：

式中，p(x∩y∩z)表示光纖通信干擾信號定位信息融合的交叉分布概念集。以MySQL為統一格式，結合TCP/IP服務器和A/D轉換協議對光纖通信干擾信號定位信息進行實時讀取及相應管理。

2.3 實現光纖通信干擾信號聲源定位

基于粒子群算法完成光纖通信干擾信號定位適應度函數的建立后，當多條光纖通信的傳輸通道同時發出告警信號時，利用告警信號通道對應的名稱，調出對應的干擾信號聲源，集其具體路由走向，形成路由連接拓撲結構，利用粒子群算法分析該路由拓撲[10]。根據以聲音作為觸發源的粒子群算法，得出光纖通信干擾信號聲源定位區域判斷計算公式。設光纖通信干擾信號聲源定位區域為C，則公式為：

式中，k表示為光纖通信干擾信號聲源信息的振動頻率；t表示為光纖通信干擾信號聲源信息的估計時延。通過式（5）得出光纖通信干擾信號聲源定位區域，還可以通過找出對應光纖通信信道中路由連接拓撲結構的最多交匯點，即為干擾信號的具體位置[11,12]。在實際應用中，干擾信號可能在路由連接拓撲結構的一個站點或一條線路上，所有連接線段表示為能夠實時發出干擾信號的通道，通常這一系數的選取范圍為0～1，在此范圍內輸出定位結果，即可實現光纖通信干擾信號聲源定位。

3 實例分析

3.1 實驗準備

選取某光纖通信線路作為實驗對象，根據光纖通信線路實際運行經驗，設置采樣點數為28 600，背景噪聲為30 dB。假定在光纖通信線路中存在6個干擾信號，影響光纖通信的正常傳輸。本次實驗內容為針對光纖通信中6個干擾信號進行定位，首先使用基于粒子群算法設計定位方法進行光纖通信干擾信號定位，記錄光纖通信干擾信號定位位置，其次使用傳統設計定位方法，進行光纖通信干擾信號定位，同樣記錄光纖通信干擾信號定位位置。對比兩種定位方法下測得干擾信號定位位置與干擾信號實際位置之間的誤差，干擾信號定位位置與干擾信號實際位置越接近，證明該定位方法定位精度越高。記錄6個干擾信號的定位結果，得出實驗結果。

3.2 實驗結果與分析

整理實驗結果，干擾信號定位結果對比如表1所示。

表1 干擾信號定位結果對比表

從表1中可以看出，本文設計的定位方法定位得到的干擾信號位置與實際干擾信號位置更接近，定位誤差明顯小于對照組，具有實際應用價值。

4 結 論

本文通過實例分析的方式，證明了設計定位方法在實際應用中的適用性，并以此為依據證明此次基于粒子群算法優化設計的必要性。通過本文設計，能夠解決傳統光纖通信干擾信號聲源定位中存在的誤差大的缺陷，但本文同樣存在不足之處，主要表現為未檢驗本次干擾信號定位結果的精密度與準確度。為進一步提高干擾信號定位結果的可信度，還需要深入研究消除光纖通信干擾信號的優化設計，以此提高光纖通信質量。