Практические методы кодирования потока данных в канале

Содержание

Введение ..……………………………………………………………………………. 2

1.1 Теоретический предел плотности записи информации на

магнитный носитель …..……………………………………………………...…… 6

1.2 Методы записи HAMR ..……………………………………………………….. 13

1.3             Технология записи TAMR ………………………………………………...... 15

2 Практические методы кодирования потока данных в канале ..…….…..…. 17

Заключение ...……………………………………………………...………………… 23

Литература ……..…….……………………………………………………………… 25

1

Введение

В основе оптических методов обработки информации (ОМОИ) лежат явления преобразования пространственно-модулированных оптических сигналов в оптических устройствах и системах на принципах как геометрической, так и волновой оптики. «Обработка информации» здесь означает «преобразование, анализ и синтез многомерных функций, описывающих свойства и состояние объектов материального мира». Оптическая обработка информации осуществляется в оптическом процессоре - аналоговом оптическом либо оптоэлектронном устройстве, определенным образом изменяющем амплитуду и фазу пространственно-модулированного оптического сигнала, содержащего информацию об объекте. Системы оптической обработки информации, как правило, являются составной частью комплексной оптоэлектронной системы обработки              информации или высокопроизводительного вычислительного устройства, включающих как электронные, так и оптические компоненты. Общая структурная схема Системы оптической обработки информации приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структурная схема ОМОИ.

1 - источник света;

2 - источник информации;

3 - устройство ввода информации (управляемый транспарант);

4 - оптический процессор;

5 - устройство памяти (архивное и оперативное);

6 - устройство вывода информации (например, на основе ПЗС);

7 - компьютер;

8 -устройство отображения информации.

Основные достоинства систем оптической обработки информации:

1.      большая информационная емкость;

2.      многоканальность (большое число параллельно обрабатываемых каналов);

3.      высокое быстродействие;

4.      многофункциональность (интегральные преобразования Фурье, Френеля, Гильберта и др., вычисление двумерных сверток, корреляции и др.).

Оптические системы обработки информации подразделяются на системы с применением некогерентных (светодиоды, лампы накаливания, газоразрядные источники) и когерентных (лазеры) источников света. Оптические анализаторы и процессоры сигналов, использующие некогерентный свет, были первым примером реализации устройств оптической обработки информации. В ряде случаев они и сегодня превосходят когерентные процессоры. Наибольшую популярность в последние годы приобрели когерентные оптические методы обработки информации.

Области практического использования систем оптической обработки информации: мобильные системы распознавания и обработки изображений, бортовые системы ориентации и наведения в военной технике, устройства выделения слабых сигналов на фоне пассивных и активных помех, радиолокационные станции с синтезированной апертурой, высокопроизводительные вычислительные машины, метрология, робототехника, неразрушающий контроль.

В настоящее время плотность накопления информации в магнитных запоминающих устройствах, использующих технику записи с насыщением, практически достигает 80 дв. ед./мм. Однако теоретически доказано, что предел плотности записи, обусловленный структурой магнитных материалов, лежит намного выше и составляет приблизительно 9 800 дв. ед./мм.

Техника линейной записи без насыщения позволяет осуществлять стабильную запись с плотностью 400 периодов/мм. Такая высокая плотность практически достигнута и широко применяется в промышленных оптических записывающих устройствах.

Для системы записи с плотностью 200 дв. ед./мм использован способ фазовой модуляции с частичным подавлением одной боковой полосы и синхронное детектирование, которое обеспечивает наибольшую надежность. Запись основной полосой частот (В комплексе с методам детектирования по ликам позволяет удвоить плотность, но значительно снижает надежность. Система с фазовой модуляцией использует один период наивысшей частоты записи на единицу информации, в то время как система с плотностью 400 дв. ед./мм использует на единицу информации приблизительно половину периода. Увеличение надежности системы с плотностью записи 400 дв. ед./мм может быть достигнуто применением линейной фазовой модуляции с частичным подавлением одной боковой полосы и использованием менее чем одного периода на двоичную единицу информации.

На основании экспериментальных работ методом экстраполяции определено, что выпускаемые оптические контрольно-измерительные записывающие устройства обычно позволяют записывать информацию с плотностью 400 - 800 дв. ед./мм, в зависимости от применяемого метода модуляции и детектирования.

Техника записи со смещением дает возможность записывать сигналы небольшой амплитуды, которые не проникают на полную глубину магнитного покрытия. Это означает, что при использовании толстого слоя магнитного покрытия может быть получен эффект тонкой пленки. Частотная характеристика записываемого сигнала может управляться так, что в сочетании с цепями амплитудной и фазовой компенсации в механизмах за­писи и воспроизведения будет получена максимальная полоса пропускания при данной величине отношения сигнал/шум. Существенно расширенная таким образом полоса пропускания в свою очередь позволяет осуществить достижение значительно больших плотностей записи, а степень компенсации зависит от допустимой величины отношения сигнал/шум.

Следовательно, плотность записи при данной надежности будет в основном зависеть от противошумовых качеств используемой системы детектирования.

В настоящее время достигнуты очень эффективные и относительно простые методы коррекции ошибок при записи методом серия/серия. Это существенно увеличивает надежность магнитных запоминающих устройств и делает практически достижимым очень высокие плотности записи в вычислительных машинах. При высоких плотностях записи методом серия/серия скорость передачи цифровой информации может достигать 10 000 000 (107) дв. ед./сек.

5

1.1 Теоретический предел плотности записи информации на магнитный носитель.

Конечный предел количества двоичных единиц информации, накопленных магнитным способом, возникает в результате возмущений, вызванных тепловыми колебаниями на магнитной поверхности. Так, что направление намагниченности однодоменной частицы подвергается спонтанному изменению при любой конечной температуре, причем вероятность этого изменения на единицу времени сильно зависит от температуры, объема и коэрцитивной силы частицы. Время температурной релаксации, т. е. среднее время, в течение которого момент частицы поддерживает ее ориентацию, выражается формулой

где, V—объем;

Нс—коэрцитивная сила;

М — намагниченность частицы;

А—постоянная ('Приблизительно порядка единицы).

Установлено, что двоичная единица информации может иметь объем, достаточно большой для того, чтобы сделать τ0 порядка нескольких десятков лет при температуре среды, которую мы называем комнатной температурой.

Коэрцитивная сила ориентированного множества таких частиц при отсутствии взаимодействия между частицами составляет 290 э. При значении М =1 700 гс получено время температурной релаксации 109 сек (около 30 лет) для частиц, имеющих радиус 8 • 10-7 см. В множестве таких односменных частиц, выполняющем роль памяти, имеет значение двухполярное взаимодействие между частицами.

Рассмотрим квадрат множества сферических частиц железа, ориентированных таким образом, что их оси легкого намагничивания перпендикулярны плоскости множества. Предположим, что частицы имеют радиус r и находятся в пространстве на расстояния друг от друга. Если моменты всех частиц параллельны между собой и перпендикулярны плоскости, то двухполярное взаимодействие будет максимальным. Поле на одну частицу, обусловленное всеми другими частицами, будет:

Где, M —момент частицы.

При наличии поля время тепловой релаксации

Ставив условие τ=109 сек, получим уравнение для а в терминах r.

Затем находим, что минимальная величина, постоянная при стабильной конфигурации и комнатной температуре, составляет 8*10-6 см и встречается для a≈10-6 см.

Следовательно, принципиально возможно иметь плотность записи двоичных единиц порядка 1/а2≈1010 дв. ед./см2.

Рассматривая другие материалы или вытянутые частицы (игольчатая структура), вместо сферических можно получить еще более высокую плотность при таких идеализированных условиях. Следует отметить, что существенным при рассмотрении является тот факт, что магнитная среда составлена из дискретных частиц. Плотность в непрерывной среде будет ограничена в любом случае тол­щиной стенки домена, которая в железе, например, приблизительно равняется 20 радиусам частиц, рассмотренных выше.

Если моменты всех частиц параллельны между собой и перпендикулярны плоскости, то двухполярное взаимодействие будет максимальным. Поле на одну частицу, обусловленное всеми другими частицами, будет:

Где, M —момент частицы.

При наличии поля время тепловой релаксации

и, ставя условие т=109 сек, получим уравнение для а в терминах г.

Затем находим, что минимальная величина, постоянная при стабильной конфигурации и комнатной температуре, составляет 8* 10~6 см и встречается для а=10-6 см.

Следовательно, принципиально возможно иметь плотность записи двоичных единиц порядка 1/а2~1010 дв. ед./см2.

Рассматривая другие материалы или вытянутые частицы (игольчатая структура), вместо сферических можно получить еще более высокую плотность при таких идеализированных условиях. Следует отметить, что существенным при рассмотрении является тот факт, что магнитная среда составлена из дискретных частиц. Плотность в непрерывной среде будет ограничена в любом случае тол­щиной стенки домена, которая в железе, например, приблизительно равняется 20 радиусам частиц, рассмотренных выше.

Принцип действия магнитооптических модуляторов

Магнитооптический модулятор состоит из подложки из немагнитного монокристаллического граната, на которую нанесена тонкая монокристаллическая пленка ферримагнитного граната . Эта пленка обладает спонтанной намагниченностью, всегда направленной перпендикулярно к плоскости самой пленки. Кроме того, она также обладает оптическим эффектом Фарадея.

Рисунок 2– “Пленка ферримагнитного граната”

Пленка феррита-граната, нанесенная на монокристаллическую немагнитную подложку. Ферримагнитная гранатовая пленка, обычно имеющая толщину 5—10 мкм, эпитаксиально выращивается на монокристаллической подложке (толщиной ~500 мкм) и обладает спонтанной намагниченностью насыщения Ms, которая обусловлена одноосевой анизотропией, ориентированной либо параллельно, либо антипараллельно по направлению нормали N к пленке. Анизотропия теоретически описывается полем анизотропии Ни.

В зависимости от направления собственной намагниченности плоскость поляризации линейно-поляризованного света, прошедшего через переключающую ячейку, вращается либо по часовой, либо против часовой стрелки. При изменении направления собственной намагниченности на противоположное направление фарадеевского вращения изменяется с направления вращения по часовой стрелке на направление вращения против часовой стрелки и наоборот. Расположенный за гранатовым элементом поляризатор-анализатор не пропускает свет для одной плоскости поляризации и соответственно пропускает его для другой плоскости поляризации. Таким образом, имеется контраст между потоками света, проходящими через ячейки с противоположными направлениями собственной намагниченности.

Рисунок 3- “Формирование магнитных доменов”

Параллельная или антипараллельная ориентация дипольных моментов в присутствии одноосной анизотропии вызывает появление замкнутых областей пленки, намагниченных одинаковым образом. Такая намагниченная область называется магнитным доменом.

Область между магнитными доменами, где намагниченность изменяет свое направление на обратное, называется доменной стенкой. Для образования доменных стенок требуется приложение энергии, так как при изменении направления намагниченности приходится преодолевать квантово-механические силы. Следовательно, размер доменной стенки не уменьшается до нуля, что приводило бы к полному исчезновению рассеянного поля и размагничивающего поля. Размер доменов определяется скорее минимумом соответствующих энергий магнитных полей: существует энергия стенки доменов и энергия поля намагниченностей доменов. В предельном случае бесконечно малых доменов поля намагниченностей взаимно уничтожают друг друга, в то время как энергия стенок доменов достигает максимума (вся пленка занята «магнитными» стенками). Если, с другой стороны, пленка однородно намагничена, то энергия стенки доменов является нулевой, а энергия поля, определяемого Ms, является максимальной.

Рисунок 4. “Схема формирования доменов”

Пленка, обладающая величиной поля анизотропии, меньшей, чем намагниченность насыщения Ms, разделена на полосовые домены с типичной шириной в данном материале в 100 мкм. Домены становятся видимыми при освещении магнитооптической пленки поляризованным светом.

Рисунок  5- “Полосовые домены в магнитооптической пленке граната.“

14

1.2 Методы записи HAMR

Как мы уже отмечали, плотность записи на диске пропорциональна константе магнитной анизотропии Ku. Константа Ku магнитного материала должна быть увеличена до такого значения, чтобы фактор стабильности значительно превышал значение 60. Высоким значением Ku обладают железо-платиновые (FePt) сплавы с самоупорядочивающейся магнитной решеткой. Железо-платиновый сплав имеет коэрцитивную силу величиной порядка 50 kOe.

В результате, мы видим несоответствие – коэрцитивность материала составляет 50 kOe, в то время как головки записи не способны формировать поле величиной даже 17 kOe. Технология HAMR способна решить этот конфликт следующим образом. Материал с большой коэрцитивностью нагревается до высоких температур в тех участках, где должна осуществляться запись. В результате  нагрева, коэрцитивность домена значительно снижается, и запись может быть осуществлена даже слабым магнитным полем. После записи информации в магнитный домен, магнитный материал должен быстро охлаждаться, в результате чего его коэрцитивная сила опять возрастает. Таким образом, записанный в магнитный домен бит информации, будет стабильным при обычных температурах.  Другими словами, коэрцитивную силу можно снизить в десятки раз с помощью быстрого нагрева зоны записи, за которым должно последовать столь же быстрое охлаждение, стабилизирующее намагниченность, и тем самым, сохраняющее информацию.

В основу технологии HAMR положен эффект снижения коэрцитивной силы магнита при его нагреве. Если же нагреть магнитный материал до температуры Кюри, то его коэрцитивная сила становится равной нулю.

Для разогрева поверхности магнитного материала предлагается использовать нагревательный элемент, в основе которого лежит полупроводниковый  лазер. Световое излучение лазера должно быть сконцентрировано на той дорожке, на которую и осуществляется запись.

В технологии HAMR выделяют два метода записи:

-  магнитное доминирование (Magnetic dominant);

- оптическое доминирование (Optical dominant).

Сравнивая эти два метода можно сказать, что на сегодняшний день реально обсуждается использование лишь первого метода, т.е. метода магнитного доминирования. Это связано с тем, что пока еще не созданы лазеры с таким малым размером светового пятна, как 50 нм, и их разработка ограничивается дифракционным пределом.

Пока что, фирмой Fujitsu официально заявлено о получении лазера, формирующего световое пятно размером 88 х 60 нм с оптической мощностью 17%. В мире имеются разработки, позволяющие получить и меньшие значения светового пятна, но  мощность подобных лазеров пока еще незначительна (около 1.5%) , чтобы говорить об их применении в качестве нагревателя поверхности. В некоторых популярных публикациях рассказывается о том, как отдельные фирмы-производители разрабатывают системы, в которых  лазер фокусируется с помощью прецизионной зеркальной системы до размеров, приемлемых для записи с оптическим доминированием. Однако официальных заявлений от таких производителей о своих достижениях на данном поприще пока еще не приходилось встречать, и поэтому подобные публикации можно отнести лишь к разряду научно-просветительских, рассказывающих о светлых горизонтах науки. Хотя автор данного обзора дает себе отчет о темпах, с которыми развиваются современные технологии и не сомневается в том, что положительные результаты будут достигнуты, но пока, реально, говорить приходится о другом методе записи – записи с магнитным доминированием.

14

1.3 Технология записи TAMR 

Как мы выяснили, на сегодняшний день промышленное применение технологии TAMR сдерживается отсутствием технологий, необходимых для создания нагревательного элемента с необходимым значением КПД и размером светового пятна, а также отсутствием технологий для массового производства магнитных материалов с высокой коэрцитивной  силой. Поэтому пока еще всеми разработчиками TAMR-запись рассматривается исключительно с позиций будущего применения.

В свое время, на рубеже 1997 – 1999 годов, фирмой Seagate очень много говорилось о технологии OAW - Optically Assisted Winchester, являющейся, по сути, прямым аналогом технологии HAMR. В то время звучали очень бодрые отчеты, в которых  выпуск первых накопителей с технологией OAW планировался в конце текущего или следующего года (т.е. эти диски мы должны были увидеть в 1999 – 2000 году). Однако, похоже, что дальше громких заявлений дело не пошло, и до сих пор на официальном сайте Seagate технологиям OAW посвящены лишь публикации, датированные 1997-1998 годом, и кроме рисунков, описывающих общие идеи применения оптики в HDD и кроме обещаний скорого их выпуска, мы не найдем ничего.

Различные производители дисковых накопителей называют самые разные сроки предполагаемого выпуска промышленного образца дисков с TAMR-головкой чтения/записи, и, по-видимому, эти называемые сроки определяются успехами  исследовательских центров и степенью оптимизма руководителей данных корпораций.

Так, например, в Fujitsu считают, что появление коммерческого продукта на основе TAMR–технологии стоит ожидать лишь к 2012 году, хотя ранее попадались указания и на 2009 и на 2010 годы.

Суперпарамагнитный эффект

Важным фактором магнитной стабильности битовой ячейки является температура. Изменение температуры вызывает небольшие случайные флуктуации намагниченности частиц, аналогично тому, как она вызывает Броуновское движение небольших частиц.

Если общая энергия анизотропии однодоменной частицы KuV будет порядка температурной энергии KT, то намагниченность может самопроизвольно изменяться во времени.

Критический объем магнитной частицы (битовой ячейки), ниже которого наблюдается суперпарамагнитный эффект находят по формуле:

Здесь t - период наблюдения, 
f0 - частота Лармора (~109 Гц); 
Ku - константа плотности энергии анизотропии; 
K - константа Больцмана; 
T- абсолютная температура; 
V-объем магнитной частицы.

16

2        Практические методы кодирования потока данных в канале.

Сформированная в результате мультиплексирования и выравнивания цифровая двоично-кодированная ИКМ последовательность подается в канал связи, на входе которого, как правило, используется устройство сопряжения с каналом, или интерфейсный блок, и собственно передатчик.

Учитывая, что канал, как среда передачи, может быть электрическим, оптическим или радиоканалом, полученную последовательность приходится еще, по крайней мере, дважды перекодировать для оптимизация ее прохождения через интерфейс (интерфейсное кодирование) и линию связи (линейное кодирование). Два других вида кодирования помехоустойчивое кодирование для обнаружения и исправления ошибок, возникающих в процессе передачи, а также шифрование данных, передаваемых такой последовательностью, здесь не рассматриваются.

Поток бит, полученный в результате квантования и двоичного кодирования (кодификации), оптимален только с точки зрения уменьшения ошибок квантования, но непригоден для передачи по каналу связи по ряду причин, основные из которых следующие:

•    выходной цифровой поток имеет широкий спектр, что затрудняет его передачу по каналу связи с ограниченной полосой пропускания и осложняет процесс регенерации сигнала синхронизации, передаваемого в канале, особенно в случае восстановления потерянного синхронизма;

•    спектр сигнала имеет значительную долю низкочастотных составляющих, которые могут интерферировать с составляющими передаваемого низкочастотного сигнала;

•    спектр содержит большую постоянную составляющую, усложняющую фильтрацию напряжения сети питания.

Для оптимизации спектра сигнала, подаваемого в линию связи, используется так называемое линейное кодирование. Оно должно обеспечить:

•    минимальную спектральную плотность на нулевой частоте и ее ограничение на нижних частотах;

•                    информацию о тактовой частоте передаваемого сигнала в виде дискретной составляющей, легко выделяемой на фоне непрерывной части спектра;

•    достаточно узкополосный непрерывный спектр для передачи сигнала через канал связи без искажений;

•    малую избыточность, для снижения относительной скорости передачи в канале связи;

•    минимально возможные длины блоков повторяющихся символов (“1” или “0”) и диспаритетность (неравенство числа “1” и “0” в кодовых комбинациях).

Для двоичного кодирования число уровней входного сигнала m = 2, а число уровней выходного сигнала n может быть 2 (двухуровневое кодирование) или 3 (трехуровневое кодирование). Двухуровневое кодирование может быть однополярным (+1, 0) и двухполярным, или симметричным (+1, -1), а трехуровневое - однополярным (+2, +1,0) и двухполярным (+1, 0, -1).

Например, оптические линии связи требуют однополярных методов кодирования, тогда как электрические линии связи могут использовать как однополярные, так и двухполярные методы кодирования.

В различных методах кодирования “1” может быть представлена положительным прямоугольным импульсом на полную или на половинную длину двоичного интервала, иди переходом с “+1” на “0” или “-1” (ступенькой вниз) в центре интервала, а “0” - соответствующей длины отрицательным импульсом, или отсутствие импульса, или обратным переходом с “-1” или “0” на “+1” (ступенькой вверх) в центре интервала.

Для ограничения длины блоков повторяющихся символов типа “11              11” или “00...00” используется инверсия (“обращение” или незапланированное (преднамеренное) изменение) полярности импульсов регулярной кодовой последовательности, обозначаемая ниже буквой “V”. На ряду с инверсией иногда используются вставки (дополнительные символы определенной полярности, обозначаемые ниже буквой В), позволяющие сохранить паритет кодовой комбинации.

Алгоритмы кодирования в большинстве случаев просты и могут быть описаны словесно, однако исчерпывающее описание дается направленным графом состояний, описывающим множество всех возможных состояний и переходов из одного в другое.

На рис 1-10 приведены некоторые линейные коды и использованы такие обозначения:

а)              - исходная двоичная последовательность - взята из примера, приведенного на рис. 1-7;

б)              - однополярный код без возвращения к нулю - NRZ;

в)              - двухполярный NRZ или симметричный телеграфный код;

г)              - двухполярный код с возвращением к нулю - RZ;

д)              - код с поразрядно-чередующейся инверсией - ADI;

е)              - код с чередующейся инверсией на “1” - AMI;

ж)              - код с инверсией кодовых комбинаций - CMI;

з)              - двухполярный двухуровневый код Миллера;

и)              - биполярный код высокой плотности порядка 3 - HDB3;

к) - однополярный эквивалент кода HDB3 оптической линии связи.

Ниже приведены расшифровки сокращений и краткие определения алгоритмов формирования кодов, используемых в практике цифровой связи:

1b2b - широко используемый частный случай класса блочных кодов (см. ниже mbnb), в котором 1 бит исходной ИКМ последовательности длительностью Т кодируется комбинацией из 2 бит длительностью Т/2 (относительная скорость передачи в канале связи при этом возрастает в 2 раза). К этому классу (из приведенных нами) относятся коды CMI и Миллера.

ADI - Alternate Digit Insertion code - двоичный код с инверсией полярности сигнала на каждом втором двоичном разряде (не важно, какой он: “1” или “0”); в результате формируется двухполярный двухуровневый код.

AMI - Alternate Mark Inversion code - двоичный код RZ с инверсией на каждой “1”, может быть получен из кода ADI путем инверсии каждой четкой “1” в результате формируется двухполярный трехуровневый код.

B3ZS - Bipolar with 3 Zero Substitution code - биполярный код с подстановкой альтернативных блоков вместо блоков из трех “0”, т.е. вместо блока “000” происходит подстановка блоков “00V” или “В0V” для сохранения паритета - аналог кода HDB2 (см ниже).

B6ZS - Bipolar with 6 Zero Substitution code - биполярный код c подстановкой альтернативных блоков вместо блоков из 6-ти “0”, т.е. вместо “000000” блоков “0VB0VB”.

B8ZS - Bipolar with 8 Zero Substitution code - биполярный код c подстановкой альтернативных блоков вместо блоков из 8-ми “0”, т.е. вместо “00000000” - блоков “000VB0VB”.

CMI - Coded Mark Inversion code - двухуровневый без возвращения к нулю двоичный код класса 1b2b с инверсией полярности кодовой комбинации на полный интервал на каждой “1” (т.е. каждой “1” ставится в соответствие либо комбинация “11” либо “00”) и изменением полярности в середине каждого интервала “0” (т.е. каждому “0” ставится в соответствие дипульс “01”).

HDB2 - High-Density Bipolar code of order 2 - двухполярный код высокой плотности порядка 2 - код RZ с инверсией на “1” (аналогичен AMI), а котором каждый

блок “000” заменяется на блок “000” или “B0V”, где В - вставка импульса “1” выполняемая так, чтобы число В импульсов между последовательными V импульсами было нечетным. В результате формируется трехуровневый код.

HDB3 - High-Density Bipolar code of order 3 - двухполярный код высокой плотности порядка 3 - код с инверсией на “1”, в котором каждый блок “0000” заменяется на блок “000V” или “B00V”, где В - вставка импульса “1” выполняемая так, чтобы число В импульсов между последовательными V импульсами было нечетным. В результате формируется трехуровневый код.

mbnb - общее обозначение класса блочных кодов - где m - длина (в битах) блоков, на которые разбивается исходная ИКМ последовательность, а n - соответствующая им длина (в битах) блоков, составленных из кодовых символов. Среди них достаточно широко используется класс 1b2b (см. выше).

NRZ - Non Return to Zero code - основополагающий двухуровневый код без возвращения к нулю, может быть как двухполярным, так и однополярным.

RZ - Return to Zero code - основополагающий трехуровневый код с возвращением к нулю.

Miller code - двухполярный двухуровневый код Миллера класса 1b2b. имеющий множество состояний {00, 01, 10, 11}, переходы между которыми описываются графом, приведенным на рис. 1-11. Например, для приведенной на рис, 1-10 исходной последовательности 1101101000000 ... порождаемые графом кодовые комбинации имеют вид: 11 10 00 01 10 00 01 11 ... , а сам процесс генерации (перехода из состояния в состояние) имеет вид:

Рисунок 7 Граф формирования кода Миллера

Нужно заметить, что указанные коды могут быть использованы и как интерфейсные, и как линейные коды. В электрических линиях связи интерфейсные и линейные коды могут совпадать, в оптических, как правило, нет в силу невозможности непосредственного использования биполярных кодов для оптической несущей в волоконно-оптическом кабеле (ВОК). Например, при ис­пользовании биполярного интерфейсного кода HDB3 в оптических линиях связи могут использоваться коды CMI, MCMI (модифицированный CMI) или код типа mbnb, либо использоваться его оптические аналоги, например, однополярный эквивалент кода HDB3

18

Заключение.

Современные жесткие диски, как устройства с магнитным носителем информации, имеют ряд существенных физических ограничений. Так, при тесном расположении фрагментов записи появляется эффект суперпарамагнетизма, из-за которого при записи в одну ячейку меняется содержимое соседних ячеек. Чтобы не «тревожить» соседние ячейки, инженеры пытаются использовать материалы с высоким сопротивлением перемагничиванию при обычной температуре – такой носитель не меняет содержимого ячеек, если записывать только в предварительно подогретый участок поверхности. Этот способ носит название TAR (Thermally-Assisted magnetic Recording). Нагрев также помогает ускорить процесс записи, но требует очень высокого качества поверхности – только материалы с мельчайшей зернистостью обеспечивают необходимые свойства без быстрого нагрева соседних областей.

Метод под названием BPR (Bit-Patterned Recording) предусматривает создание на поверхности диска так называемых «магнитных островов» с помощью технологии литографии. Эти «острова» не дают магнитным зарядам, несущим информацию, уйти в соседние ячейки во время записи, так что эффект суперпарамагнетизма не может повлиять на соседние участки.

Каждый из упомянутых методов по отдельности не дает серьезного увеличения плотности записи – практический предел для каждого способа составляет порядка двух-трех гигабит на квадратный дюйм. Алгоритм TAR ограничен доступностью мелкозернистых материалов и технологиями нагрева/охлаждения, а метод BPR требует использования записывающих головок размером не более «магнитных островов» с данными.

Сочетание методов BPR и TAR помогло решить проблемы каждого из методов. «Магнитные острова» BPR устранили потребность в мелкозернистых материалах, а метод TAR обеспечил запись только в нагретую ячейку, что помогло снять проблему с точным размером головки. Комбинация двух методов позволила создать систему записи, которая может размещать информацию в крохотных участках относительно недорогих носителей без ущерба для соседних фрагментов данных.

Опытный образец нового жесткого диска направляет луч лазера по волноводу к плазменной антенне, которая и производит запись. Когда луч лазера достигает антенны, энергия света преобразуется в заряд. Антенна имеет форму буквы «E», где верхняя и нижняя перекладины служат направляющими, а средняя короткая перекладина выполняет функцию излучателя и концентрирует заряд на небольшом участке поверхности.

Размер излучателя составляет около 20-25 нанометров, а расстояние между дорожками – 24 нанометра. Эффективность передачи заряда из волновода на антенну составила около 40%, но доля ошибок оказалась совсем невелика, а скорость записи в экспериментах достигла 250 мегабит в секунду.

24

Литература

1.            Зюко А.Г., Кловский Д.Д. и др. Теория передачи сигналов. -М.: Радио и Связь, 1986.

2.            Кловский Д.Д., Шилкин В.А. Теория электрической связи. -М.: Радио и связь, 1990.

3.                  Теория электрической связи / А.Г. Зюко, Д.Д. Кловский, В.И. Коржик, М.В. Назаров; Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 1998, - 432 с.

4.            Вернер М. Основы кодирования. - М.: Техносфера, 2004. - 288 с

5.            Цифровые и аналоговые системы передачи / В.И. Иванов, В.Н. Гордиенко, Г.Н. Попов и др. - 2-е изд. - М.: Горячая линия- Телеком, 2003. - 232 с

6.            Телекоммуникационные системы и сети. Т.2 / Катунин Г.П., Мамчев Г.В., Папантонопуло В.Н., Шувалов В.П. - Новосибирск: ЦЭРИС, 2000,, 624 с.

25