автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Повышение эффективности высокочастотных симметричных кабелей связи на основе развития теории многопроводных направляющих систем

! 1 0 9 9 %

вс5рссс^шк ш^5ю-шщшаеьсюа '.люшут

I? 1Ж"тЖБНОСШ

На плана:: ругогасп

Ь'и-1 Лажо».';.»" -^рьср-ИЧ УДК 631.315.2

Позьат1е-г: ооешсп зиэсги ЕЫСОХОЧАСТОТКЬ-Ч си«кггрг-4ч:аг{ каеелся связи нл сског-г гложтил теория

даг.т'лвлтго.тих СИСТЕМ

Спзцкагьность 05.СЭ.02 - а40с-роизо-г.г..;гдгз.'с:-1 и

ЛЗТОРЕоЕРАТ

дассэргоццп за соажтта .учёпоа стстанп догггорз тзЕпгдаскгх пзук

Москва

Работа выполнена в Центральном наушо-2-.сследовйгелъекск институте связи (ЩЙИС)

Официальные оппоненты -доктор технических наук,

процессор И.И.Гроднев; -доктор технических наук, с.н.с. Г.И.Трсигпн; -доктор технических наук, доцент В.А.Андреев

Ведущее предприятие - ордена Трудового Красного

Знамени Московский кабельный завод ,:Москабель"

Защита состоится 28 октября 1992 г. в 10 часов на заседании специализированного совета Д143.05.01 во Всесоюзном научно-исследс вательском институте кабельной промышленности по адресу: ПП12, Москва.Е-112, шоссе Энтузиастов, д.5.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке ШИЖП.

Автореферат разослан 20 сентября 1992 г.

Учёный секретарь -специализированного совета, доктор технические наук

А.Г.Григорян

ОБЩД Я ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа представляв г собой систе:-.5у научных принципов, сбоб<цащах практический опыт п ограхжгцзх Зязическле закономерности »гюгопроводвнх енсокочпстотеих шшрзвлящнх систем, а такте совокупность оффэктпвних способов их разностороннего

нсслэдовппея.

Развиваете аспекте теории охва^уваят процессы распространения электромагнитной энергии по ккогопроводной напрввлящей системе, метода точного измерения параметров трэдачн ее цепай, способы описания случайных по природе характерна!™: взетаюго влияния и подхода к обеспвчошго элеетрокагЕятлоЗ сотпэстюстп цепей, а такзе объективные способы оценки потенциальной экопог.зческой эффективности налраачящих систем.

Внутреннее единство работа затглтггсэ'гся в том, что вся совокупность рассматриваемых разнообразиях пробном представляет собой целопзправлэнпыЗ целостна подход, обзепочнвапзпй высокие показатели надежности, качества и <кшо»г.:?ошз1г ¿0£зктавностя при передач.о пп5ор;ацяп по жогощюводшл шеозгочастотнкм направляющим системам. Внутреннее единство стфсзллсасп единообразием штодолопя: большинство проблем решено па баго статистических методов.

Объект -гсс-здопигс!. К исследуемому классу направлящих систем отпссятся магистральные высокочастотные и низкочастотные кабели, кабели зоновых, городских и сельских сетей.

Укажем особенности конструкции кабелей, относи?я!х к шогопрезодгшм высокочастотным направляшзЕЛ системам (МВКС): основным элементом конструкции язлязтея изолированная металлическая (как правило, :глдная) шла; в качестве рабочей

.используется основная двухпроводная симметричная цепь; металлическая оболочка (экран) имеет цилиндрическую форму.

Указанные особенности присущи станционным кабелям и проводкам (при устремлении радиуса экрана к бесконечности), гидрологическим косам, кабелям специального назначения; например, шахтным, сигнальным и другим кабелям подобной конструкции. Таким образом, шогопроводные высокочастотные направляющие системы включают в себя обширные классы кабелей, составляющие в совокупности основу . проводной сети связи страны. Это положение дополнительно подтверждается тем, что на изготовление таких кабелей ежегодно расходуется до 97 % от общего количества меда, потребляемой отечественной кабельной промышленностью.

Актуальность проблемы. Массовое распространение ыногопроводаых направляющих систем, очевидная доминирующая роль на сети связи страны в настоящее время и в ближайшем обозримом будущем обуславливает актуальность их научного изучения. Эта задача становится особенно злободневной сегодня, когда решается проблема перестройки структуры народного хозяйства и способов управления его развитием, когда внедряются элементы рыночного механизма, устанавливаются многочисленные горизонтальные связи между предприятиями, значительно возрастают потоки и ценность передаваемой информации.

Укажем частные причины актуальности задач, решаемых в настоящей работе. Метод теоретического расчета параметров передачи цепи пучок-оболочка необходим в связи с появлением нового вида мощного внешнего воздействия на кабели-электромагнитного импульса. Метод определения дополнительных потерь в основной симметричной цепи за счет эффекта близости проводов соседних четверок актуален

тем, что позволяет увеличить точность определения ее параметров ■ передачи и , следовательно, обеспечдаает возможность расширения . диапазона передаваемых частот и увеличение эффективности использования направляющие систем. По той же причиге актуальны метода экспериментального исследования параметров пере дачи ."развитые в гл.2. Кроме того, эти метода,, отличающиеся большой точностью, в совокупности с методами статистического анализа гл. 3, объективизирующими описание характеристик взаимного влияния, в •.конечном итоге позволяют обеспечить заданное высокое- качество

передачи информации по направляющей системе, . что всегда будет

«

одной из наиболее важных задач в технике связи. Результаты гл.4, в которой рассматриваются проблемы электромагнитной совместимости, и, в частности, один из аспектов сосуществования на сети систем передачи с частотным и с временным разделением' каналов^ весьма актуальны потому, что дают решение насущной задачи сегодняшнего этапа развития ЕАСС - внедрения на аналоговый сети перспективных

г

цифровых систем передачи. Наконец, проблемы потенциально;! экономической эффективности направляющих систем, номинально признаваемые важными й ранее, сегодня обретают реальную значимость в связи с намэчаемым финансирование?« строительства новыхсооружений связи не из госбюджета, а из прибыли предприятий и -за счет банковского кредита. -

Цзль работы. Выявление внутреннего единства работы, описашгз объекта исследования и обоснование актуальности позволяет сформулировать главную цель диссертации '.разработка целостной системы научных принципов, обобпхжг^ш: ■ кесрогг.<песгчй и прсатлчестй опыт., как теории, обеспечивахярй дояхикеюю наивысшей пропускной способности, и экономической зффекпгавност, совлесто с высокат

показателями, надежности и качества многопроводных высокочастотных направляющих систел.

Достижение этой общей цели предопределяет необходимость решения следующих наиболее важных частных задач:

разработка универсального метода теоретического расчета произвольных как симметричных, так и несимметричных цепей многопроводной системы и, в первую очередь, цепи пучок-оболочка с учетом эксцентричного расположения жат, образующих ее центральный провод;

разработка метода экспериментального исследования, позволяющего определять параметры передачи произвольных цепей многопроводной системы в широком диапазоне частот с заданной точностью;

разработка конкретных принципов исследования параметров взаимных влияний, имевших ярко выраженный случайный характер;

разработка методов анализа электромагнитной совместимости цепей многопроводной системы, оборудованных аппаратурой аналоговых и цифровых систем передачи, и критериев обеспечения их со суще ствования;

разработка методов оценки качества, способов обеспечения стабильности технологии производства и методологии выявления потенциальной экономической эффективности направляющих систем.

Определение общей цели и конкретных задач исследования позволяет сформулировать основное назначение работы способствовать развития единой автолатгяированной сети связи страны, посредством создания теоретических предпосылок для совершенствования технических и экономических показателей направляющих систем, наиболее распространенных на первичной сети ЕАСС.

Методы исследования. Работа базируется на математическом аппарате теории комплексного потенциала, теории функций, численных методах, теории линейных электрических цепей, теории вероятностей, математической статистике, теории случайных процессов, теории ошибок и квалкмотрии.

Структура работы и области применения. Предложенная теория многопроводных высокочастотных направляющих систем включает в себя теоретические модели для расчета параметров передачи симметричных и несимметричных цепей, экспериментальные методы определения взаимосогласованной системы первичных и вторичных параметров этих цепей, метода исследования характернотик взаимного влияния цепей многопроводной системы, частотную модель электромагнитной совместимости аналоговых и цифровых систем передачи, метода оценки качества и контроля стабильности технологии производства направляющих систем, принципы определения потребительской цены и потенциальной экономической эффективности направляющих систем. Теория предназначена для использования при создании линейных трактов аналоговых и цифровых систем передачи, при разработке мэр защиты ЛКС от воздействия внешних электромагнитных полей, при нормировании важнейших электрических характеристик строительных длин, усилительных и регенерационных участков, при статистическом нормировании мощности невнятных шумов на длинных линиях передачи, для создания эффективных ЛКС сетей связи.

Анализ прэдзествугазк научных работ в данной области

исследования.Теория передачи электромагнитных колебаний по направляющим системам развивалась несколькими поколениями отечественных ученых. Полное перечисление имен практически невозможно. Поэтому, принося признательность всем за та значительные вклада в общее дело, нельзя не вспомнить с благодарностью своих учителей и коллег, общение с которыми

способствовало пониманию этого сложного физического явления. Это: В.Н.Кулешов, П.К.Акулыдин, И.В.Коптев, Й.И.Гроднев, В.0.Шварцман, Р.М.Лакерник, С.М.Верник, А.Л.Кашутин, П.А.Фролов, К.К.Абрамов, К.А.Любимов, Б.В.Попов, Р.И.Гелашвили. Существенный вклад внесли в развитие теории многие зарубежные ученые. Назовем тех, чьи работы наиболее близки избранной теме: Б.Клейн, Г.Бухгслъц, Г.Каден.

В работах упомянутых ученых найдены решения уравнений Максвелла для поверхностного эффекта и эффекта близости проводников цепи, в том число при наличии металлической оболочки; предложено представление многопроводной системы в виде совокупностей разнообразных цепей; показана возможность использования принципа соотносительной двойственности электрического и магнитного полей для определения емкости цепи. Однако их исследования относятся в большинстве к основным симметричным цепям, используемым для передачи информационных сигналов. Вместе с тем известны отдельные работы, в которых рассматривались цепи иной конфигурации.

К.К.Абрамов из решения системы телеграфных уравнений, построенных на базе полных собственных и взаимных с опротивлений проводов и соответствующих комплексных потенциальных коэффициентов, получил соотношения для определения волнового сопротивления и коэффициента распространения различных симметричных искусственных цепей и цепи пучок-оболочка. Ограничение общности подхода в данном спучае заключено в том, что сопротивления проводов, определение которых является целью любой электродинамической задачи, -полагаются известными. Р.И.Гелашвили с помощью конформного отображения в коаксиальную систему найдено электроагнитное поле эксцентричной однопроводной цепи и ее параметры передачи в диапазоне частот до 600 кГц, а дополнительные потери в пучке проводов учитываются с помощью аппарата потенциальных коэффициентов. Очевидно, что такой подход пригоден только для несимметричной и только для однопроводной цепи; более сложные несимметричные цепи, например пара-оболочка, представимы в виде коаксиальной системы с расщепленным центральным проводником.

Цепи пара-оболочка однопарного кабеля, четверка-оболочка одночетверочного кабеля, искусственная и основная симметричная цепь звездной четверки рассмотрены Г.Каденом с использованием

б

теории комплексного иотеш'аала. Ограншндаагадами допущениями здесь явились коаксиальное рлсположение пары и четверки и пренебрежение потзрячя в проводах соседних четверок. Допущения существенно упрощают задачу, так как вследствие первого- комплексный потенциал первичного поля представим в конечном итоге в виде логарифма реального выражения, а вследствие второго - исключается из рассмотрения пучок оставшихся проводников.

И.Д.Деарт применен изобретательный метод расчета параметров передачи цепи пучок-оболочка четнрехчетверочного кабеля, представляемой в виде цепи четверка эквивалентных проводов -оболочка, каждый из которых в свою очередь рассматривается как несимметричная система: четыре хилы - оболочка. Общность этого подхода ограничивается конкретными конструкциями только четырехчетверочных кабелей; электромагнитное тюле не тождественно полю цепи пучок-оболочка, а расчетные соотношения можно рассматривать лишь в качестве аппрокскмационшх формул (погрешность которых линейно возрастает с увеличением частоты и достигает 50® для коэффициента затухания на 5 МГц).

Вторая глава настоящей работы содержит теоретические основы методов экспериментального - исследования параметров передачи многопроводных иепрэвляхдах систем, пра это:: главная роль отводится обоснованию и совориеистзопып!» кл-чссячесгаго методу холостого хода и короткого уькыкания (метода II и КЗ). Несмотря на широкое рзспрос-хра'шнда о того метода, до тюсл'зднзго йрешпп но было дг.-э его метрологическое оСесно'-оигэ, то ость не

найден« гсрсзешя шгренаостей параметров передачи этого косвенного мзтода измерений и их зависимость от частоты.

Кзвесчны также разнообразии© штоды измерения отдельных параметров передачи. Одаако сопоставлэние пара^^в друг с другом и расчет остальных взаимосвязанных парами 1±,о.: выявляет несовместимость их частотных зависимостей. Кроме того, традиционные способы определения частотных зависимостей, основанные на методе наименьших квадратов, обладают двумя принципиальными недостатками. Во-первых, субъективный выбор аппроксимирующей функции приводит к образов .нию систематической погрешности; во-вторых, частотный диапазон зависимости ограничивается частотным диапазоном измеренных значений, а экстраполяция за его границы сопряжена со значительными

погрешностями.

Проблема взаимных влияний - основная проблема многопроводных высокочастотных направляющих систем. Рассмотрению различных аспектов этой проблемы посвящено значительное количество научных работ отечественных и зарубежных ученых. Важной вехой в развитии теории взаимных влияний явилась работа В.Клейна, в которой, в частности, показано представление многопроводной системы в виде совокупностей цепей различных конфигураций, построены модели взаимного влияния симметричных цепей на базе коэффициентов электрической и магнитной связи, исследованы составляющие непосредственного и косвенного влияния. Основополагающей работой по теории взаимного влияния является известная монография В.О.Шварцмана, в которой рассмотрен полный круг проблем от модели влияний между скрученными цепями с произвольным распределением связей до специальных вопросов симметрирования кабелей и нормирования защищенности цепей на строительных длинах и усилительных участках. Одной из наиболее интересных работ, появившихся в последние годы, представляется книга В.А.Андреева, в которой рассмотрены временные характеристики взаимных влияний.

Все указанные авторы на основании определенных теоретических предпосылок получали более или менее полные соотношения для расчета ожидаемых значений переходного затухания и защищенности при выдвинутой гипотезе о законе распределения электромагнитных связей ( продольных конструктивных неоднородностей направляющей системы). Этот подход естественен на этапе разработки новых конструкций направляющих систем, когда первостепенное значение имеют не абсолютные величины характеристик взаимного влияния, а их взаимосвязь с геометрическими параметрами, открывающая возможность совершенствования ("доведения") конструкции кабеля. В настоящее время канонические конструкции всех типов многопроводных направляющих систем окончательно определились. Кроме того эти системы начинают использоваться в принципиально новом, более высоком диапазоне частот. Эти обстоятельства выдвигают на первый план необходимость получения точных данных об абсолютных значениях характеристик взаимного влияния. Решение этой задачи возможно только статистическими методами. Известны классические работы по теории вероятностей и математической статистике Б.В.Гнеденко И.Ф.Смирнова и Дунина-Барковского, Л.Н.Большева, К.Дэниеля, З.Р.Левина.

Главная тругиость пржття в кошер зттос прикладных исследованиях нбстрактлкх.. матомагилоскж t «столов заключается в том, что последние в строгом с.-услз гр^мегагаы лишь к идеал'.гскройзяннч однородным обюкга". Выборки характеристик взаимнох'о влхянкя мпогсироводцшх квцргвлй^чх систем дох:е в первом приближении TaKOB'ifíiiiie являются.

. ■ В теоргт 1ЛЗНС весьма существенным является вопрос о ааконв распределения характеристик вареного влияния. Традициошшй подход, заключахгчйЯся в гащагоентш просто! птотозы против простой альтернативы, в нашем случав не является достаточшгм.

Работы по исслэдоважз Ео?ко?зюста использования МШС в срзднетсанадьннх цифровнх системах перздкчи Са;-'л начаты в конце 60-х годов. Эта проблема решена поитрочнисн универсальной частотной модели электромагнитной corraотигости слоте?» передачи. Базой для построештя этой модели послупили оснооополагащио работы по соиремэшюЭ ' стптястичосхо" рздчстсхь асе Б.Р.Левина, В.Т.Горяжювл, Л.ГЛуравлРза i:-НЛ.Тихонова, а гзкпе по технике цифровых систем передачм .•¡.C-.i.-Fr-T» '{Л.Плеп-тла, В.З.Гурегича, Ю.Г.Лопушнянч п Г.Я.ГзЗипэюгеп.

Последа! 1 рп-хл'ы оспс-'-чнастся "п работах общего

характорч {Азгальд;:-^ Г.Г., Vs&rwi О .П.) по - науки

об нжл.»рош«ц качеств.'!.

Н1У""<зл гк-пгт jí'nojpi'.ir" г чаэтоп л следу :сцем:

Г. Кэтолг: iccr;-y ¡:c!*ít.T-.íC¡'oro гго!0К1Г<*зла рлаыт! для расчета нзрзгатров г.з\: -датт лроизьолмш. сгжэтричных к пестелетричных разнообпет:.-■.. isiovonpcTOííMx рмсокочтасхогних направляющих систем,-в том числе и с зксцентрт-огл.! распоюкснкем груш. При этом гхнструнттшжй результат до сипнут благодаря разложения в ряда сугга логаря&юз не только ргалмшг, но и комплексных выражений. Магнитный потенциал цепи, представлящпЗ реальную часть ксетлекспого потешигала, выраженного через госмэтричэскио параметры в поперечном сечэвхи напраэляпцэй '.истеш, использован для получения расчетных соотноненхй для вносимого полного сопротивления потерь в металлической оболочке, включая

выражение для внешней индуктивности цепи, а такие для расчета потерь в проводниках соседних цепей за счет эффекта близости.

2. Разработан метод определения взаимосогласованной системы параметров передачи МВНС в широком диапазоне частот с заданной точностью, основанный • на аппроксимации экспериментальных зависимостей, выявленных при измерении входных сопротивлений цепи в режимах XX и КЗ на оптимальных частотах, базовыми теоретическими функциями. Существо нового подхода заключается в том, что метод наименьших квадратов применяется к вспомогательным функциям, представляющим собой частное от деления измеренных экспериментальных зависимостей на рассчитанные теоретические. Эти вспомогательные Функции аппроксимируются линейными зависимостями, которые в большинстве случаев вырождаются в горизонтальные прямые. Окончательный вид аналитического выражения искомой функции определяется как произведение сглааенной вспомогательной функции на теоретическую. Очевидно, что прздложенный алгоритм позволяет снизить одновременно и случайную и систематическую погрешности, а -также обеспечивает возмошость экстраполяции измеренных характеристик параметров передачи в значительно более широкий диапазон частот с достаточно высокой точностью.

3. Разработаны прикладные методы анализа реальных распределений характеристик взаимного влияния цепей МВНС, рассматриваемых как реализации комплексных случайных процессов, причем содержательная и достоверная гипотеза о законе распределения выбирается по критерию согласия из нескольких конкурирующих гипотез, выдвигаемых для однородных выборок, выделенных с помощью факторного анализа.

4. Разработана универсальная частотная модель электромаг-

нитной совместимости цепей МВНС, используемых как в аналоговых и частотных системах передачи, так и при их совместной работе. На основе частотной модели ЗМС выдвинуты принципы статистического нормирования мощности шума для относительно коротких длин линейных трактов, позволяющие задавать оптимальные требования к защищенности цепей МВНС на усилительных участках внутризоновых и магистральных линий передачи, а также поставить проблему о перераспределении общей допустимой мощности шума с целью уменьшения суммарных затрат на сооружение сети связи.

5. Предложена комплексная мультипликативная оценка свойств МВНС, позволяющая определить качество, обеспечить контроль стабильности технологии производства, найти оптимальную потребительскую цену и выявить потенциальную экономическую эффективность направляющих систем.

6. Развиты аспекты теории, представляющие систему научных принципов и обеспечивающие достижение наивысших показателей пропускной способности, экономической эффективности, качества и надежности мкогоироволшх высокочастотных направляющих систем.

Критерием научной новизны является уровень общности методов, обеспечивающий возможность их примэнвния и в других областях техники. Укакем в связи с этим, что разработанные алгоритмы теории комплексного потенциала могут быть использованы для определения параметров передачи цепей пучок кил ДП - металлическая оболочка (земля) волоконно-оптических кабелей, экспериленяалъше летоОн -для измерения характеристик любых четырехполюсников, способ аппроксимации по базовыл теоретически«, (¡унщиял - для сглакиннж-ы. интерполяции и экстраполяции любых экспериментальных зависимостей,

универссиъиал частотная лоделъ ЭНС - для ' анализа разнообразных, систем передачи информации, лульх^лг^у^лбкая, сцонка - для определения качества, контроля стабильности технологии производства Л1збых технически сложных видов продукции; принципы агшиашчесного норлирования - для опледелэш: "чтималыюй дли'гы регенерационного участка волоконно-оптических систем передачи.

Личшй вклад. Теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых приведены в диссертации, выполнены автором лично.

Практическая ценность научной работы заключается в следующем:

1. Результаты исследования параметров передачи и характеристик взаимного влияния в широком диапазоне частот вместе с частотной моделью ЭМС послужили основой для внедрения на сети связи страны среднеканальных цифровых систем передачи, что обеспечивает увеличение в 2 раза эффективности использования сотен тысяч километров магистральных симметричных кабелей. В настоящее время эти результаты широко используются при внедрении первичных и вторичных ЦСП на низкочастотных кабелях дальней связи, что позволит увеличить эффективность их использования приблизительно на порядок.Частотная модель ЗМС и принципы статистического нормирования обеспечивают возможность электромагнитной совместимости среднеканальных аналоговых и цифровых систем передачи, что является основным условием при цифровизации внутризоновых и магистральных линий передачи.

2.Методы определения параметров передачи несимметричных цепей и, в первую очередь,цепи пучок-оболочка использованы для обеспечения эффективности мер защиты от воздействия внешних

аяек'грстггатгах полой, гссг-лоя поло ЭЖ; av.t \'.отода сбэспочивавт шобход!п,ж>гл , гV'liifKMji творив взаимного злкястя цепей и теорию Бкразироговия, гдз вакчач роль прж^а^г третьим .цепям, в качестве : ¡г.ссматр'рг^'сп "ог/г-уотрпчтпг-з цзпи п системы.

3.. 1>г?/?ь::г'т исслэд-Г/Гшия пзра'.'зтров иэрздгчи сшаютрлчных цепгй ке'е.-:г ГЛСО исно.ты'ог.г'.ям прл пострсэшп наиболее массовой соврет/.« га-- л .in-uicrw-oii спсте*'.:; иородгчн K-IG20 О, обеспечивающей трое1ф'!'-"'оо уз^лл'Тош:^ цропушл? способности внутризоновых лший ':орэдпч5. К'-т./льтагы с:г:''5:!.:т"ссти гначелпЗ згцицэпяости

сЛсяотглч гог:дсгъос?ь внедрения ркс^оэф&жгазвнх способов сим-:ov]Kipr«:an*a крс-олзй нп сг:;«даях ОУП-ОУП, а пр'глцяв! {."аскетического шргкфосэдтя ислол&ш? в ос;оьу слъ;; гг..пыП!х тгзбовзЕйл к зо^-гдгшюсти цепей на усгяггвлкви участках.

4. Результата ксоледов^:::';: качостг.а г;iSIIC попользуются при сценка уровгя xcs'ioczs'j ¿е^с-пэЛ се.чзз, при ionrpojie стябплыюсти технолог vr гс^ ГКО, при

гзочотэ погооб^т-эльекш; цен ir/'onsu оглзц, пгм опрэлз.'ъгггл уровня цен всех v-vhgd civ ;: zztossS

:. - -тггзс.ггг:т г. ■•чргг^о'л -к,- ".с Еолучзшгчз в рззультзте

три норд-;™* основных скг-метрячннх цэпзй в длгсззонэ '¿пстст до 15 МГц вошли в офщаальше "Сгрсбсч!?.;-з баз;:? по шижружиВшА и элещичвснил av.pCrzr>epicr:.vL-xiz ¿сгЗунсрсЗкых гхиЗелей связи", изданные ЦНИКС в 1974 г. (второе, дополненное издание выпускается издательством "Радио и связь" в 1992 г.) и использованы при создании цифровых систем передачи ЖМ-120, ИКН-120У, ШШ-120-4/5, а также аналоговой системы передачи K-I020C.

Полученные в результате исследования параметры передачи цепи пучок-оболочка кабелей МКС волли в официальный справочник "Сопротивление связи и параметры передачи несшиетричних цепей магистральных и зоновых кабелей в шрокол диапазоне частот", разработанный в ЦЕШИС в 1987 г. и используемый в качестве исходных данных при проектировании средств защиты сетей в ЕАСС от внешних., электромагнитных воздействий.

Принципы статистического нормирования полонены в основу отраслевого стандарта ОСТ 45.01-86 "Линии передачи кабельные, первичной сети ЕАСС: Нормы электрические на элементарные кабельные участки и кабельные секции аналоговых и цифровых систем передачи", регламентирующего требования к участкам среднеканальных систем передачи..

Принципиальные положения разработанного метода измерения цепей МВНС на оптимальных частотах использованы в методике МВИ КОО-ОЭ2-88 "Кабели связи силметричние. Методика. определения вторичных параметров передачи.", ЦНИИС, ВНИМКП.

Результаты диссертации использованы при разработке грозостойких кабелей с кордельно-полистирольной изоляцией, принципов построения защищенных линий привязки, при увеличении пропускной способности специальной сети связи на кабелях ТЗ, при разработке элементов сотовой сети связи.

Результаты работы положены в основу "Принципиальных положений в области образования цен на волоконно-оптические кабели", утвержденных Министерством связи СССР в 1990 г.

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами, приведенными в приложении к основному

тексту диссертация.

Лпрсбощя рзбсгл. Основные положения . диссертации докладывались на технических совещаниях научного отдела..ВДИИС, на заседании КТС ЦНШС, на кафедре ЛКС МИС; два принципиальных вопроса^Электрсмагпитнзя совместимость аналоговых и цифровых систем передачи" и "Потенциальная экономическая эффективность волоконно-оптических кабелей" обсуздались на специальных заседаниях секции 10 НТО Министерства связи СССР.

Цтбяззацзя. По результатам проведенных исследований автором опубликовано 37 печатных работ, из них две монографии, две технические книги-(разделы), один справочник. (раздел), 4 авторских свидетельства, одет вклад в рекомендацию е.612 МККТТ, 27 научных статей в риалах "Электросвязь", "Кабельная техника", "Техника средств связи".

0б-1е:-з ^ссаргацисзлоЗ работа. Основной текст диссертации изложен на 218 страницах кешшюписного текста, иллюстрируется 41 рисунком на 34 стр., я 31 теФ^щэй на 16 стр. тт сопровог^аотся списком литературы из 104 н0е?злозвнЕй и щшхязнвяиз па 67 стр. с 9 рясункеги к 14 таблщьмя.

1. порэдячи цепей любой конфигурации, образованных, в ктюгоправодноЛ высокочастотной пэцравлякцей системе с произвольным расположением проводников могут быть вычислены с помоцыэ методов теории коггплексного потенциала.

2. Взаимосогласованная система параметров перэдачи 5ЯШЗ в игроком диапазоне частот с з-здепной точность- - дозеэ? быть получена при аппроксамацип оксперш,:ентальннх зависимостей, внязленннх

методом XX и КЗ на оптимальных частотах, базовыми теоретическими функциями.

3. Эффективное применение взроятюстзых методов при определении реальных распределений щкктнриепик «зпнмного ьлияния цепей МВНС обеспечивается выделении однородных >1/!хторг.ых выборок сопоставлением нескольких кок;:ур1'ру:^;х гипотез о задан* распределения, представ леничм г>чвигснм"с,гвй в виде реализаций случайных процессов.

4. Частотная мод»ль взаимных влияний позволяет рчшш проблему ЭМС цепей КВНС, используешх в аналоговых и цкфрок'х системах передачи.

5. Комплексная обобщенная мультипликативная оценка позволяет определить качество, си1иси«чить контроль стабильности технологии производства, найти оптимальную потребительскую цену и выявить потенциальную экономическую эффективность направляющих систем,

6. Развитые аспекты теории представляют собой систему научных принципов, облспччияащую достижени* вальи-.шил показателей пропускной способности, экономической эффективности, качества и надежности многопроводных высокочастотных направляющих систем.

Содержание работы.

Во введении дано расширенное пояснение названия, обоснована актуальность данной научной работы в целом, а также актуальность отдельных ее разделов; проанализированы предшествующие научные подходы в данной области; указаны предает, цель и конкретные задачи исследования; показана структура работы, применяемый математический аппарат, разделы разработанной теории и области

применения результатов исчледования; изложено собственное понимание научной новизны и практической ценности д^ссертащгл; сформулированы основные положения, выносимые на, защиту.

В пербол разделе первой глдвы продемонстрирован универсальный метод расчета параметров передачи МВНО нп примере цепи пучок-оболочка кабеля с четырьмя звездными четверками Прямым проводом этой цепи является пучок из 16 жил, а обратным -металлическая оболочка. В соответствии с такой конструкцией цепи

й „= (и. + к. + к )/16 + и & 1 п • п а ,

I. = ( Ь. + Ь + Ь,.+ Ь )/16 + Ь ^ 1 п п а

Сопротивление л и индуктивность ь цепи, трактуемые как активные и индуктивные потери, обусловлены потерями н. , ь. в одиночных проводах и металлической оболочке ьа за счет

поверхностного эффекта (явление самоиндукции), потерями в оболочке

и за счет эффекта близости й , ь вследствие компактного расположения жил; внешняя индуктивность цепи обозначена ь.

Явление самоиндукции изучено полностью; потери на вихревые токи в оболочке предложено рассчитывать о пслищью следующего алгоритма:

1 г 16 А- ?о = - ТГ 1п ?п '

Б. у =.Т г ,Х = Иаг

о т -о о 6 -о ,

В. у - путем замены в структуре выражения для

XQ аргумента г на rh2/ г ( теорема обращения) , sin о на - cos (•) и домножении на w (коэффициент обратного действия),

Г. Y= Y + Y ,

о v j

р\ (ЕчЛ = г = - + *w + ~2ТГ 1п г) '

h

е. Вывод формул для r l , l на основании соотношения

здесь z - комплексный, y - магнитный, Xq- электрический потенциалы первичного поля, zn - координаты центра n-го провода, Yn- магнитный потенциал вторичного поля (поля обратного действия оболочки), г^- ВНутрвННИЙ радиус оболочки, r^ = ге+а+г. максимальное расстояние от центра кабеля до внешней точки наружной хилы пучка.

Векторы расстояний между центрами кил и произвольной точкой во внутрЬнней области кабеля имеют вид

Z, =Z - г + а , Z-=Z - г - а,

-1-е -2-е

# •

?15=? + " За' 2l6=? + jre + ja'

где г - эксцентриситет группы (четверки), а - половина расстояния между центрами жил радиусом г1 основной симметричной цепи. В соответствии с этим

7 JJ faz ' fr*+a) 1 У

... 1.Т <1 fin-Ja.)*»- .f fr^ja^i

■9- m^i \ Z J * J >

/72е-/ ' /Г1а? '

/ТЬяу '

Выражения для Хо, X», уу, у, е* имеют подобную структуру. После соответствующих преобразований получено:

р - ила^И/г../ Г0±£О£)4т' +

пг 7 г2

'к ' 4

. _ Л ¿ИГ />Г / -Г{*9(Го+а)\*т,

Г

/ ^ ^ а.)+][гр+- (Ге-а)"]

и соответственно в диапазонах низких (е<5ъ) и высоких (<з>8 ) частот:

«И?* +1 г? ) + + 27_

/ ■А^/Уг * Г 7 (П?аг-С1+-8тс1./(3!1)]

С-7Г 14 л™ '-¡~4

п I Гг?(Ъ+а)]* [ГР(Гв-а.)]* К = '--л- 7 ^ _ ._ .--х —^-Г—-+

— ./ -

2Ти I ГК

¿Г/*! /Г / Г £

/ £ 1-г;:-[гр(ге*-а)Г

&т% -I ■

где й - толщина оболочки, оп - проводимость материала оболочки, а б^ - эквивалентная глубина проникновения.

Группы жил в МВНС скручиваются с шагом от 100 до 350 мм. В работе показано, что изменение потерь вследствие спирального расположения жил внутри металлической оболочки можно учесть, рассмотрев крайние положения четверок. При повороте всех четверок

на 45

г1 = г - <з - эс

г2 = г - с + эв,

где

7.

-о

?15 = 2-6+3(3

6= а/ /г ,

££_ /щ г + — Е

2% 1 е 4 т=1

= г + б + зс.

с = г + 6 , е

со 1 ■1т

сЗ = г

4т ) +

+ (

4т б - за 4т ( —- )

6 - зс } чю + . б - за

С помощью указанного выше алгоритма получены выражения ь подобной структуры для этого второго крайнего случая расположения кил. Расчет численных значений показал, что сопротивление и индуктивность изменяются при скрутке не более, чем на 3,4 % относительно среднего значения. Столь малые изменения можно учесть с помощью коэффициента скрутки т], который равен 1.046 для первой группы формул и 0,958 - для второй .

Общий принцип исследования эффекта близости базируется на расчете потерь в проводнике, находящемся в переменном магнитном поле. В соответствии с этим применен следующий алгоритм:

А. Определяется напряженность первичного магнитного поля в области расположения первой килы 16

1 £ J <3Xv

= W к-2 + < ТЗф # ф = ^

В. Определяются потери эффекта близости по соотношению

2 % 2 2 J (Rn + jwLn )/2 = — |Hal Cdk±r±) V

где /ЦШГ - коэффициент вихревых токов,- о.^ - проводимость меди, и = ^2^^1Г1'^^о'^к1г1' " коэффициент обратного действия провода.

На основании этого алгоритма получено :

т> 'О3 //¿а? ' Г СЪ(Ч-а)]* .

2X^6-1 Ц /е * 'гк»-[ге(ге+а)]* £-[ге(г.-а)]'>

А. Н. I

полное выражение для расчета ьп имеет подобную структуру, поэтому ниже приведена упрощенная формула, справедливая с погрешностью не более 356

ц г. 2 т б.

ь„ = ~ > 3 К-Т* > •

О X

Формулы для диапазона низких частот (г1<81), где нп, ьп относительно малы , даны в основном текстй диссертации.

Емкость ' цепи определена в соответствии с принципом соотносительной двойственности электрического и магнитного поля, а проводимость ИЗОЛЯЦИИ ПО соотношению С=0)СЪдСТ.

Важнейшим критерием точности расчетных формул является близость теоретического и экспериментального значений емкости цепи. В нашем случае теоретическое значение (210,64 нФ/км) отличается от экспериментального (209,58 нФ/км) на 0,5%.

Во втором разделе гл.1 рассмотрены потери, вносимые в основную симметричную цепь за счет эффекта близости проводов соседних четверок. Здесь использован уже описанный алгоритм с тем отличием, что спиральность проЕодов учтена с помощью эквивалентных расстояний между ними и центром основной цепи, найденных численными методами. Здесь

на:^1Г~<>• гДв ?1-к • -2-к " Расстояния

между 1-ой, 2-ой жилами симметричной цепи и к - проводником соседней четверки; например для 1-ой основной цепи и 1-го провода второй четверки:

?1_5=гр+ае^1 - ^ - ае^2

г, _=г +П' - зг - ае^2

-2-5 е е /

Г 2 I0'5

гэкв = [1/<'1/-1-5 " 1х-2-5I > ] , поскольку в расчете используется квадрат модуля разности обратных расстояниям значений;

. гПД1-п/ь - углы поворота при скрутке с шагом ь. На основании этих исходных данных получено:

р _ £ Г *ооо . гооо *ООО 7 п / п )

Кб-; I Г2 + ■ + -р • ( ¿=7

+ ('¿Г) 1

где р2 (•), X (■) - функции эффекта близости.

Далее в тексте диссертации выведены формулы для потерь вследствие

эффекта близости с учетом асимметрии основной цепи.

Полученные соотношения завершают теорию распространения электромагнитной анергии по двухпроводной (рабочей) цепи.

Вторая глава диссертации открывается исследованием погрешностей метода XX и КЗ. Показано, что погрешности

81 I г^ч-го^ 2а е. >

равны нулю или минимальны при условии: г^ го, ф0=-ф00> что имеет место, когда сш= со, сш= - с , и следовательно, удовлетворяются уравнения:

ck 'ZoCC - coscosCerctff sir'ZfiE/sfu2diE

ck2d£ -f-cos2jit cosfcr-cfy ~ <f,J

ckZcU -COS 2jsE _ Sinfa-rcf.g ^ 2fi£/sA.2c£i +

Из частного приближенного решения: 2(31=(2п+г)П/2 с учетом извести;/. соотнсЕвшгй p=2llf/тЭ , f, получено выражение для оптимальных измерительных частот

I с f опт) f0ht = <2n + v 8 -—

Существенной особенностью измерения на £ог1т является очень узкий диапазон получаемых значений g ; с ,оо , так как

о' о'

zo ; Zoo ; zB , Д/4 <icp0,co |>П/2. Диапазон значений проводимости на 6 порядков, а емкости на 9 порядков , меньше, чем при измерении на произвольных частотах. В связи с этим рекомендовано производить настройку моста на эталонные резистер и конденсатор номинальными значения™, близкими к измеряемым. При этом заданная точность измерения достигается подбором соответствующих эталонов.

Далее в гл. 2 приведен метод определения взаимосогласованной системы первичных и вторичных параметров в диапазоне частот выше 2,0 МГц, где одни параметры целесообразно вычислять теоретически (r, l), а другие находить экспериментально (а, с). При этом остальные параметры и константы передачи s , tg 5 рассчитываются

по следующим формулам:

Л - - Л*. + , .-/*. Я*С ,

6 = (2оср> -, №в/=',

-агсЪ1г)>

В тексте диссертации приведены подобные формулы для диапазонов низких (и<шь) и средних (юшь) частот. Здесь наибольшая точность достигается, если измеряются аир (методом компенсации), а рассчитываются и и ь.

Модифицированный метод XX и КЗ позволяет определить параметры передачи на дискретных (оптимальвдх) частотах. В работ© показано, что частотная зависимость, лишенная и случайной и систематической погрешности, мокет быть получена, если в качестве аппроксимирующих избираются теоретические функции.

Таким образом алгоритм определения близких к истинным частотных характеристик параметров передачи спирается на Еесь объем информации, получаемой как экспериментально , так и теоретически, увязывая в единый целенаправленный комплекс результаты первых двух глав диссертации.

В завершении гл.2 дан метод' определения частичных емкостей многопроводной системы.

В третьей главе закладываются основы корректного применения статистических методов для анализа случайной природы реального объекта. Главная сторона идеализации в статистических методах

состоит . в допущении однородности генеральной совокупности случайных величин. По этому поводу уместно привести высказывание Г.Кантора: "Множество есть многое, мыслимоп как единое". Учитывая _ это, первая рекомендация, обоснованная в разделеЗ.1, предусматривает предварительный факторный анализ генеральной совокупности и выделение из нее для последующего исследования однородных выборок. Это открывает возможность выдвижения содержательных гипотез о законе распределения случайной величины, жепиеи крайнюю важность в определении качественных показателей аналоговых и, особенно, цифровых систем передачи. Обычно закон распределения выбирается из сопоставления простой гипотезы и ' простой альтернативы ( закон нормальный - закон ненормальный). В разделе 3.2 обосновывается целесообразность выбора наиболее достоверного закона распределения в результате сопоставления по критерию Пирсона нескольких конкурирующих гипотез (закон равномерной плотности, нормальный и усеченный нормальный законы); показано, что в таком сопоставлении наибольшим уровнем значимости обладает усеченный нормальный закон. Далее в работе-рассматриваются частотные характеристики параметров -взаимного влияния, существенно зависящие от частоты передаваемого сигнала. Адекватное описание этих зависимостей строится на базе абстрактной модели случайного процесса. В соответствии с этим частотные характеристики защищенности и переходного затухания рассматриваются как реализации станционарного случайного процесса на множестве комбинаций взаимовлияющих цепей; показывается достаточно полное описание такого процесса на уровне энергетических характеристик: первых двух моментов, математического ожидания и корреляционной функции, а также функций распределения на произвольной частоте.

Одновременно с проработкой методических вопросов в гл.З с помощью вероятностных подходов решены практически важные задачи нахождения функции распределения результирующей защищенности от влияния нескольких цепей на одну, определена временная стабильность защищенности, рассмотрены характеристики переходного влияния как реализаций комплексных случайных процессов. Последнее позволило глубже раскрыть физическую природа взаимных влияний в многопроводных направляющих системах. Это особенно ва^гю в увязке с частотной моделью электромагнитной совместимости, разиаваомой в гл. 6 так как позволяет обосновать нормализацию случайного процесса (передаваемого сигнала) при прохождении через фжтившо четырехполюсники связи. Па это указывает- случайный вид и частотная зависимость фазы характеристик комплексных связей переходного влияния на дальний конец, вследствие чего н::вoдзнш^v импульсы растягиваются (как и при влийаки на блшший конец) на мпогс тактовых хштервалов, а мгновенное напряжение помех!? в точке стробирования представляет собой сумму большого числа случайных слагаемых.

По своему знача ыи гл.4 занимает центральное место в работе. В ней предложена универсальная частотная модель элокгромагнитной совместимости, Оазирукщаяся на известной теореме о прохождении случайного процесса через линейный пассивный четырехполюсник. Модель предполагает представление сигнала в вида спектральной плотности, а тракта прохождения сигнала в виде цепочки четырехполюсников с заданными коэффициентами передачи. В соответствии с этим представлением интеграл преобразованной спектральной плотности на выходе такого тракта в эффективной полосе частот дает мощность помехи.

со

Квлк аес[-0,1Лз1(^0]с1? ,

оо О

Мпввк ~-10 Ва)\К(ш)12<±ес[-оМот]с[-? ,

оо п 2

Ылп =/д вт /К(М1 !азк! гМ ,

оо „

«> о

МпВ5Ж ¿Н) аес[~0,1,\2 (-Р)] 1К(Ш! с1ес[0ММ]М,

о , -р> о,д-ей

Ы = ^пвак ^ ^пввн ^ Мпп + + НЛВБЭК

где индексы ПВДК, ГОБК означают переходное влияние на дальний, ближний конец, ПП - попутный поток, СШ - собственный шум, ПВБЭК -- влияние через кабельные экраны; К(эу) - коэффициент передачи, соответствующий принятой системе коррекции, £ - тактовая частота. Величина н оказывается достаточной для оценки помехозащищенности в аналоговых системах передачи. Помехоустойчивость. в современных цифровых системах передачи определяется соотношением между пороговым напряжением и мгновенным значением напряженных помех в точке стробирования .В частотной модели это мгновенное значение, а точнее, вероятность появления заданного значения помехи в произвольный момент времени, определяется с помощью выдвижения

Каш) = £

гипотезы о законе распределения, причем мощность помехи рассматривается как дисперсия этого случайного процесса. Завершается построение модели формированием обобщенного отношения правдоподобия, из которого получено общее выражение для суммарной безусловной вероятности ошибки в распознавании символов, а также система уравнений для определения оптимальных по критерию максимальной апостериорной вероятности пороговых напряжений (положительного и отрицательного) при регенерации квазитроичного сигнала.

На основе общей частотной модели в работе найдены принципы решения проблемы электромагнитной совместимости при оборудовании цепей многопроводной направляющей системы либо цифровыми, либо аналоговыми, либо цифровыми и аналоговыми системами передачи одновременно. При этом совместимость цифровых систем обеспечивается расчетом наибольшей допустимой длины регенерационнаго участка, а ее максимизация - субоптималышм соотношением между различными видами помех; переходными влияниями на ближний и дальний конец, собственным шумом и попутным потоком. Электромагнитная совместимость при взаимном влиянии аналоговых и при влиянии на них цифровых систем передачи обеспечивается с помощью расширения частотной модели для анализа цепочки четырехполюсников со случайными коэффициентами передачи, каковыми являются линейные тракты АСП большой протяженности. На основании этого расширения модели в ■ работе выполнено практически важное исследование взаимного влияния друг на друга большого числа АСП К-60 П и определены при этом вероятностные характеристики ожидаемой суммарной мощности помех на длине линейного тракта,сопоставимой с протяженностью эталонной гипотетической

цепи. Этот подход был использован и для исследования влияния цифровых линейных трактов на аналоговые. Анализ результатов этих исследований выявил существенные особенности в зависимости мощности невнятного шума от длины параллельного пробега взаимовлиящих цепей, которая не описывается, как это принималось ранее линейной функцией, а подчиняется статистическим закономерностям. Это обстоятельство послужило поводом для выдвижения принципов статистического нормирования мощности шума для относительно коротких длин линейных трактов. Значимость статистического нормирования обусловлена презде всего тем, что этот подход дает реальную возможность сосуществования на нашей сети наиболее распространенных среднеканальных аналоговых и цифровых систем передачи. Кроме того, этот подход позволяет определить оптимальные ■ требования к защищенности цепей многопроводных направляющих систем на усилительных участках внутризоновых и магистральных линий передачи, а также поставить проблему перераспределения общей допустимой мощности шума с целью уменьшения суммарных затрат на сооружение сети связи.

Наиболее ашусцъш в настоящее вреля тештжа гл.5, в которой разработаны принципы формализации для оцегтси эффективности направляющих систем. Эти принципы обеспечивают возможность сравнения направляющих систем одного класса, объективного сопоставления направляющих систем различных классов, позволяют правильно определить их оптимальные области применения на сети. Актуальность этих вопросов обусловлена необходимостью резкого умощнения сети связи при наличии жесткого ограничения в материальных ресурсах.

Для решения поставленных проблем привлечены методы квалиметрии. С их помощью показана возможность построения

га п

комплексной обобщенной мультипликативной оценки р., = П П Ри,

м . , . ..

;1 = 1 1=1

где Р - 1-ый относительный показатель, в з- ой группе свойств, позволяющей определить качество направляющей системы по крупным выборкам произведенной продукции. Это позволяет на высоком уровне объективности регулировать взаимоотношения потребителей направляющих систем с заводами-изготовителями, а такао сопоставлять однородную продукцию разных заводов и отечественную продукцию с зарубежной . Далее показано, что отслезмшаппэ мультипликативной оценки качества в относительно малых ежедневных выборках позволяет наладить контроль стабильности технологии производства, способствующий, помимо прочего, и постоянному улучшению качества выпускаемой продукции. Особенностью предлагаемой методики контроля является способ учета случайного характера многих параметров направляющей системы и двухступенчатый принцип анализа динамики изменения свойств выпускаемой продукции.

Обобщенная оценка качества послужила ссновашшм для решения, по-видимому» самой острой сегодняшней проблемы - проблемы определения оптимальной цены направляющей системы. Объективная рыночная цена после затухающих колебаний, вызванных конъюнктурой спроса • и предложения, устремляется к некоторому значению, определяемому объемом общественно необходимых затрат и потребительскими свойствами продукции, то есть к потребительской цене. В , работе показан аналитический способ определения потребительской цены направляющей системы, минуя разорительные колебания спроса и предложения. Этот способ заключается в вычислении произведения, где одним сомножителем является себесто -имость продукции (или так называемая затратная цена), а другим -

коэффициент потребительских свойств, представляющий собой, по существу, несколько видоизмененную комплексную обобщенную мультипликативную оценку качества.

Разработанные формализованные принципы оценки качества и определения потребительской цены позволили найти подходы к одному из наиболее сложных и дискуссионных вопросов современной кабельной техники - о месте волоконно-оптических направляющих систем на отечественной сети связи. Всесторонний анализ потенциальной эффективности направляющих систем включил в себя рассмотрение качественных показателей систем передачи и определение потребительской лимитной цены оптических кабелей. Первый аспект анализа показал, что многопроводные высокочастотные направляющие системы обеспечивают получение любых, наперед заданных, качественных показателей, второй - уровень цен, при которых применение оптических кабелей экономически оправдано. Достоверность лимитной цены обеспечивается выбором наиболее близкой по техническим данным базы, применением в расчете потребительской цены базовой направляющей системы, введением в практику экономических расчетов методологии теории ошибок. Последнее позволило минимизировать погрешности расчета, ограничиваясь в сопоставлении минимальным количеством наиболее значимых факторов, влияющих на цену принципиально нового класса направляющих систем.

ЗА1СЛЮЧЕНИЕ

Многопроводные высокочастотные направляющие системы завоевали общирные области применения на магистральных, внутризоновых и местных сетях связи. Совершенствование направляющих систем, составляющих основу кабельной сети страны, имеет важное народно-хозяйственное значение.

В соответствии с намеченной целью разработана адекватная физическим закономерностям единая система научных принципов, как теория, обеспечивающая достижение наивысшей пропускной способности и экономической эффективности, высоких показателей надежности и качества многопроводных высокочастотных направляющих систем.

Частные результаты работы заключаются в следующем.

I. Разработан универсальный метод расчета параметров передачи произвольных, как симметричных, так и несимметричных цепей многопроводных высокочастотных направляющих систем в широком диапазоне частот, верхний предел которого ограничен лишь условием квазистационарности электромагнитного поля. Метод позволяет учитывать все физические явление, сопровождающее процесс распространения электромагнитных калебаний по цепям многопроводной системы, - поверхностный эффект, эффект близости токонесущих проводников активной цепи, эффект близости проводников пассивных цепей, потери в металлической оболочке (экране). Метод учитывает главную конструктивную особенность многопроводных систем эксцентричное расположение ее проводников относительно продольной оси. Новизна предлагаемого подхода заключается в расширении методов теории комплексного потенциала на системы с произвольным расположением проводников.

С помощью универсального метода получены аналитические выражения для расчета параметров передачи цепи пучок-оболочка, воспринимающей воздействие внешнего электромагнитного поля, и основной симметричной двухпроводной цепи, используемой для передачи информационных высокочастотных сигналов.

2. Разработана совокупность гфективных методов экспериментального исследования, обеспечивающих получение взаимосогласованной системы первичных и вторичных параметров передачи с заданной точностью в широком диапазоне частот. Высокая точность достигается измерением входного сопротивления электрически короткой цепи в режимах холостого хода и короткого замыкания на оптимальных частотах, минимизирующих погрешность и существенно сужающих динамический диапазон исходных экспериментальных данных; калибровкой моста полных проводимостей по эталонам, с номиналами, соответствующими ожидаемым значениям. Одновременное уменьшение как случайных, так и систематических погрешностей в определении частотных характеристик достигается аппроксимацией по критерию наименьших квадратов с использованием теоретических зависимостей в качестве базовых. Новизна методологии экспериментальных исследований заключается в использовании для определения параметров передачи всей полноты информации, заключенной в измеренных и теоретически вычисленных данных.

3. Разработаны принципы применения абстрактных статистических моделей для исследования реальных распределений характеристик взаимного влияния цепей многопроводной направляющей системы. Предлагаемая методология исследования основывается на выделении

с помощью дисперсионного анализа из генеральной совокупности

однородных факторных выборок, выборе наиболее достоверного предположения о законе распределения в результате сопоставления по критерию К.Пирсона нескольких конкурирующих гипотез, рассмотрении частотных характеристик взаимных влияний в качестве реализаций стационарных случайных процессов. Здесь новизна подхода заключается лишь в корректном применении известных вероятностных методов для анализа конкретного физического явления.

4. Разработана универсальная частотная модель электромагнитной совместимости цепей многопроводной направляющей системы, в которой сигнал представляется в виде спектральной плотности, а тракты прохождения сигнала как цепочки четырехполюсников с заданными коэффициентами передачи, на выходе

I

которых с помощью интегрирования определяют мощность помехи (дисперсию случайного процесса на единичном сопротивлении нагрузки), а при В1/движении содержательной гипотезы - и вероятности мгновещ&х значений напряжения. Частотная модель позволяет решить проблемы электромагнитной совместимости при оборудовании цепей многопроводной направляющей системы аппаратурой цифровых или аналоговых, или цифровых и аналоговых систем передачи одновременно, а также открывает возможность нормирования электрических характеристик строительных длин . кабелей, усилительных участков АСП и регенерационных участков ДСП; помимо собственно унивесальной частотной модели новизна заключается в выявленных с ее помощью принципах статистического нормирования, базирующихся на задавании вероятностной точки общей допустимой мощности невнятного шума в каналах ТЧ аналоговых систем передачи. Исключительно важное значение этого, на первый взгляд отвлеченного принципа, обусловлено тем, что статистический подход открывает,

по-видимому, единственную реальную возможность сосуществования на нашей сети среднеканальных аналоговых и цифровых передачи, позволяет определить оптимальные требования к защищенности цепей многопроводшх высокочастотных направляющих систем на усилительных участках АСП, а также поставить проблему оптимального распределения общей допустимой мощности шума при стохастической зависимости этого параметра от длины линии связи.

5.Разработаны принципы формализации для объективного определения эффективности направляющих систем, основанные на комплексной мультипликативной оценке качества. Применение этой чувствительной оценки позволяет по данным крутой выборки определить качество многопроводных высокочастотных направляющих систем с учетом большого количества разнообразных,, в том числе и случайных, параметров; регулярное вычисление оценки по данным-относительно малых выборок позволяет отслеживать стабильность технологии производства и способствует постоянному росту качества выпускаемой продукции; использование модифицированной оценки в виде обобщенного показателя потребительских свойств позволяет найти оптимальную цену и на этой базе объективно сопоставить друг с другом направляющйе системы различных классов. Новизна подхода в целом заключается во внедрении методологии квалиметрии для оценки качественных показателей направляющих систем, а в частности, в способе контроля стабильности технолигии производства по мультипликативной оценке, где каждый показатель определяется положением параметра в доверительном интервале, в методе расчета оптимальной цены на основе обобщенного показателя потребительских свойств, во введении теории ошибок в практику определения потенциальной экономической эффективности направляющих систем.

6. Результаты работы использованы в процессе развития техники магистральных высокочастотных симметричных кабелей связи, в том числе:

- цри разработке, освоении выпуска и внедрении перспёктивных цифровых систем передачи типа ИКМ-120 со скоростью 8448 Кбит/с,

- при разработке и внедрении высокоэффективных аналоговых систем передачи К-1020С,

при создании отраслевого стандарта ОСТ-46.01-86, регламентирующего требования к электрическим, характеристикам смонтированных усилительных и регенерационных участков первичной сети,

- при постоянном контроле качества серийных кабелей с кордельно-полистирольной изоляцией вида МКС,

- при разработке новых конструкций симметричных высоко. -частотных кабелей: грозостбйких с кордельно-полистирольной изоляцией, с повышенной электрической и механической прочностью, грозостойких кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией;

а также .

- при разработке принципов и проектных решений для увеличения пропускной способности соединительных линий с низкочастотными кабелями дальней связи типа ТЗ с помощью первичных и вторичных цифровых систем передачи,

- при разработке дуплексной цифровой системы передачи с кабелем сельской связи типа КСПП,

- при расчете оптимальных потребительских- цен магистральных симметричных и коаксиальных кабелей,

- при оц е нке эконом и ческой эффективности магистральных одномодовых оптических кабелей с длиной волны 1,55 мкм для

четверичных и пятеричных цифровых систем передачи,

при разработке принципа выбора оптимального семейства кабелей для.транссибирской оптической цифровой линии передачи.

7.Результаты работы могут быть использованы при исследовании параметров передачи и характеристик взаимного влияния всех конфигураций цепей любых конструкций многопроводных высокочастотных направляющих систем, для определения основных технических параметров линейных трактов цифровых и аналоговых систем передачи, для оценки качества и стабильности технологии производства любых видов сложной технической продукции, для объективной оценки эффективности новых классов направляющих систем.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Цым А.Ю. Симметрирование кабелей связи.-М.: Радио и связь, 1982.- 144 с.

2. Цып А.Ю., Каыалягин В.И. Международные симметричные кабели для цифровых систем передачи.-М.: Радио и связь, 1984.-160 с.

3. Цыы А.Ю. Расчет мощности невнятных шумов при большом числе параллельных систем передачи К-60//Электросвязь, 1980. -Ш0. -с. 22-23.

4. Цып А.Ю., Конофольский В.А. Экспериментальная оценка взаимного влияния ИКМ-120 и К-60//Электросвязь, 1979.-№2.-с.29-31.

5. Цыы А.Ю. Статистический анализ временной стабильности защищенности на секции 0УП-0УП//Электросвязь.

6. Цыы А.Ю., Каыалягин В.И. Соотношение между различными видами помех на регенерационном участке симмметричного кабеля /7 Электросвязь, 1979. - Ш2. - с. 1-7.

7. Цыы А.Ю., Яцына Е.И. Комплексная мультипликативная оценка качества кабелей связи// Кабельная техника: Научн.-техн.реф. сборник Электротехническая промышленность. Бып. 2(180).-!!.: Информэлектро, 1980.-с.16-17.

8. Цшг А.Ю., Деарт И.Д., Каыалягин В.И. Взаимное влияние №4-120 и ИКМ-480 при совместной работе по одному кабелю-// Электросвязь, I984.-J64.- с. 27-30.

9. Цьш А.Ю., Деарт И.Д. Исследование нелинейной составляющей фазы симметричных каблей// Электросвязь, 1983.-Ш1-с.14-17.

Ю.Цдо А.Ю., Деарт И.Д. Параметры передачи несимметричных цепей симметричных кабелей связи//Электросвязь, 1987.-JS.-с.35-38.

11.Цыы А.Ю., Шульга В.Г., Кии Л.Т. и др. Характеристики симметричных кабелей со звездной скруткой, разработанных ранее для ДСП со скоростью от 6 до 34 Мбит/с // МККТТ, рек. с.612.

12.Цып А.Ю., Лакерник P.M. Магистральные симметричные кабели. Перспективы применения на сети связи// Электросвязь, 1989. - J64-с.37-41.

13.Цыы А.Ю., Соловейчик Б.Л. Потребительская цена кабелей связи// Электросвязь, I990.-J62.-C.24-27.

14.Цыы А.Ю., Деарт И.Д. Метод расчета параметров передачи несимметричных цепей//Электросвязь, 1990.-)йЗ-с.

15.Цьш А.Ю., Каыалягин В.И. Защищенность симметричных цепей, уплотняемых цифровыми системами передачи//Электросвязь, 1976.-Ji8-c.8-II.