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.