Пустовар Н. В.
Евразийский национальный университет
им. Л.Н. Гумилева, г. Астана
Анализ средств повышения качества хранения и
передачи информации
В настоящее время одной из главных задач в развитии
информационных технологий является разработка и реализация новых
технических средств накопления, обработки и хранения больших объемов
информации. В зависимости от способа записи и хранения информации различают магнитные,
оптические и магнитооптические ЗУ различной емкости. Основные проблемы,
возникающие при разработке современных средств хранения информации, связаны с
увеличением плотности записи, уменьшением времени доступа и повышением требований к надежности и
достоверности информации.
С увеличением плотности записи увеличивается уровень
шумов и искажения сигналов. От уровня шумов, искажений и количества дефектов
материала и поверхности
носителей записи зависит достоверность хранимой информации.
Искажения сигналов канала
записи оптических ЗУ во многом сходны с искажениями сигналов каналов магнитной
записи. Однако здесь дополнительно к электрическим искажениям добавляются
оптические искажения, связанные с преобразованиями световых сигналов в
электрические и обратным преобразованием.
Проблема повышения
достоверности хранения и передачи информации является многогранной, ей сегодня
уделяется большое внимание, а ее решение основывается на различных методах. При
этом наибольший эффект достигается за счет применения помехоустойчивых кодов,
перемежения и разработки быстродействующих алгоритмов декодирования.
Узлы записи/воспроизведения
выполняют следующие основные функции: преобразование цифрового сигнала в сигнал
записи и запись сигнала на ЗУ, преобразование сигнала с ЗУ в двоичный сигнал и
воспроизведение сигнала и детектирование (восстановление) сигнала из смеси
сигнал/помеха.
Главной причиной снижения
достоверности воспроизведения информации с магнитных и оптических ЗУ, а также и
при воспроизведении информации, принятой по каналам связи, является действие
помех в аналоговом канале. Достоверность воспроизведения информации, наряду с
плотностью записи, скоростью воспроизведения и передачи информации, является
важным параметром аналогового канала, зависит от качества
записи/воспроизведения аналоговых сигналов и выражается через вероятность
ошибки воспроизведения:
, (1)
где - количество неправильно детектированных битов
информации;
- общее количество детектированных битов информации.
Обычно в аналоговом
канале без средств повышения достоверности для магнитных ЗУ вероятность
появления ошибки составляет на бит, а для реальных оптических ЗУ уровень
помех выше и
на бит.
Качество
записи/воспроизведения и передачи информации зависит от уровня помех или шума.
Помехи в каналах связи добавляются к полезному сигналу и ухудшают тем самым
качество воспроизведения (передачи) информации. Шумы определяют качество канала
и определяют частоту ошибок при воспроизведении и передаче цифровых данных. В
конечном итоге на качество воспроизведения сигналов оказывают влияние следующие
характеристики:
отношение сигнал / щум;
спектральная плотность
помехи;
закон распределения
помехи;
способы записи и
воспроизведения сигнала.
Независимо от вида помех
и их источников отношение сигнал/шум является основной характеристикой
помехоустойчивости систем как при считывании информации с магнитных и
оптических узлов записи/воспроизведения, так и при передаче информации по
каналам связи и определяется как отношение средней мощности полезного
сигнала к средней мощности помехи:
,
(2)
где - средняя мощность полезного сигнала;
- средняя мощность помехи.
Для каналов связи отношение сигнал/шум часто определяется
также через энергию бита и выражается как
,
(3)
где - энергия бита;
- спектральная плотность
мощности шума па 1 Гц;
- ширина полосы пропускания канала.
При этом
энергия бита описывается как
,
где - время передачи бита.
где - скорость передачи битов.
Спектральная
плотность мощности шума или помехи определяется как
(4)
где - мощность щума.
Отношение сигнал/шум зависит от ширины полосы пропускания
канала и скорости воспроизведения (передачи) данных. Если скорость передачи
согласована с полосой
пропускания приемника, то и
, то есть отношение средней мощности
полезного сигнала к средней мощности помехи нормировано на ширину полосы пропускания канала и скорость воспроизведения
(передачи) битов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой
обработки сигналов. – М.: Мир, 1989.
2. Бобрывшева Г. В. Кодирование в линиях
связи кодами // Проблемы автоматизации и управления в технических системах:
Труды Международной научно - технической конференции. / Под. ред. д.т.н.,
профессора М. Щербакова. – Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2004. –
с. 90-92.
3. Борисов В. С. Обнаружение и
исправление ошибок в ЗУ. // Зарубежная электроника. – 1989.- № 10.-с. 15-19.