Оптические диски с однократной записью

Накопители CD-R позволяют однократно записывать информацию на диски с форм-фактором 4, 72" и 3, 5". Для записи используются специальные заготовки дисков, иногда называемые мишенями (target). На поверхность заготовок нанесено три слоя покрытия: непосредственно на основу диска из поликарбоната нанесен активный слой из пластика (metal azo, цианина, фталоцианина или наиболее перспективного adv цианина); на активный слой нанесена тончайшая отражающая пленка из золота (использовалась в первых моделях, а сейчас в особо надежных моделях) или серебра (дешевле и обладает лучшим светоотражением); сверху все покрыто слоем защитного лака. Заготовки также имеют нанесенную спиральную дорожку, на которой позиционируется записывающая головка.

При записи лазерный луч непосредственно в дисководе компьютера прожигает необратимые микроскопические углубления - питы (pits) в активном слое. Ввиду разницы отражения от ямок и от не выжженных участков поверхности при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения. Запись в современных CD-R может выполняться на скорости до 12х. Чтение записи выполняется лазерным лучом так же, как и у CD-ROM. Дисководы CD-R совместимы с обычными CD, естественно, при совпадении формата диска.

Оптические диски с многократной записью

Накопители CD-RW позволяют многократно записывать информацию на диски с отражающей поверхностью, под которую нанесен слой пластика типа Ag-In-Sb-Те (содержащего silver, indium, antinomy, tellurium) с изменяемой фазой состояния. Фаза этого пластика, кристаллическая или аморфная, изменяется в зависимости от скорости остывания после разогрева поверхности лазерным лучом в процессе записи, выполняемой непосредственно в дисководе ПК. При медленном остывании пластик переходит в кристаллическое состояние, и информация стирается (записывается "0"); при быстром остывании (если разогрета только микроскопическая точка) элемент пластика переходит в аморфное состояние (записывается "1"). Ввиду разницы коэффициентов отражения от кристаллических и аморфных микроскопических точек активного слоя при считывании происходит модуляция интенсивности отраженного луча, воспринимаемого головкой чтения.

Лучшие образцы дисков CD-RW выдерживают несколько сотен циклов перезаписи. Коэффициент кратности скорости при записи информации у современных моделей не превосходит 10х. Читать CD-RW могут только высокочувствительные дисководы (чтение записи выполняется лазерным лучом), поскольку отраженный луч у них значительно слабее (отражающая способность их активного слоя составляет 25-30 % от уровня обычного CD), нежели у CD-ROM и CD-R. Перезаписываемые диски целесообразно использовать для хранения больших объемов обновляющихся данных (например, для создания резервных копий важной информации) и для обмена данными с другими ПК.

Лекция 11

7.2. Помехи и борьба с ними

(начало)

Помехи — внешние электромагнитные воздействия на провод­ные (воздушные, кабельные) линии, а также электрические про­цессы в них, вызывающие искажение передаваемой информации. При наложении на полезный сигнал помеха затрудняет его прием. В настоящее время разработаны разнообразные методы борьбы с помехами. В общем виде влияние помехи пу(0 на передаваемый сигнал 5(0 выражается функцией

Если результат воздействия помехи на сигнал рассматривать как простое сложение с сигналом

то помеха называется аддитивной. Если же результирующее на­пряжение представлено в виде произведения

то помеху называют мультипликативной. В реальных каналах связи присутствуют как аддитивные, так и мультипликативные помехи. Помехи имеют различное происхождение и физические свойства.

По электрическим характеристикам аддитивные помехи делят на: флуктуационные, импульсные и сосредоточенные (синусоидаль­ные и гармонические).

Флуктуационная помеха, являющаяся непрерывным во времени случайным процессом с нормальным распределением, присутству­ет практически во всех реальных каналах связи.

Структурно флуктуационную помеху можно представить после­довательностью бесконечно коротких импульсов со случайной ам­плитудой, следующих друг за другом через случайные промежутки времени. Для флуктуационных помех характерно наложение пере­ходных процессов в приемнике от отдельных импульсов, которые следуют друг за другом довольно часто. Флуктуационная помеха имеет широкий, практически равномерный, спектр 10¹²— 10¹⁴Гц, поэтому ее еще называют «белым шумом».

Флуктуационная помеха, представляющая собой сумму большо­го числа независимых случайных электромагнитных колебаний, согласно предельной теореме теории вероятностей А. М. Ляпуно­ва, имеет нормальное распределение со средним значением, рав­ным нулю, и дисперсией , равной средней мощности помехи.

Для одномерной плотности вероятности мгновенных значений помехи справедливо выражение [9]

(1.7)

Соответственно интегральная функция распределения

(1.8)

где

(1.9)

интеграл вероятности.

Флуктуационную помеху на выходе узкополосной приемной сис­темы можно представить как колебание со средней частотой ша и случайно изменяющимися огибающейU и фазой:

(1.10)

где случайные величины U иявляются медленно изменяющимися по сравнению с колебаниями на частотефункциями времени.

Путем простого тригонометрического разложения выражение (1.10) можно преобразовать к виду

(1.11)

где — также являются медленно изме­няющимися функциями времени с нормальным распределением ве­роятности (1.7).

Плотность вероятности огибающей U в выражении (1.10) опреде­ляется распределением Рэлея

а фаза колебания — равномерным распределением

(1.12)

изменяющимся в пределах 0 — 2.

Спектральная плотность мощности флуктуационных помех практически постоянна во всем диапазоне частот. Поэтому для расчетов принимают, что мощность флуктуационных помех про­порциональна ширине полосы частот, а напряжение — корню квад­ратному из величины этой полосы. Расчет производят по формуле

где — напряжение помех в полосе 5 кГц. При этом обязатель­но указывают ширину полосы частот, для которой производят вычисления.

К флуктуационным помехам относятся внутренние шумы при­емника, помехи космического происхождения и некоторые виды атмосферных и промышленных помех.

Импульсные помехи представляют собой последовательность импульсов произвольной формы со случайными амплитудами, дли­тельностью и временем появления, причем интервалы времени меж­ду импульсами относительно большие. Для импульсных помех характерно то, что переходные процессы, вызванные отдельными импульсами, не накладываются друг на друга, так как длительность помехи значительно меньше времени установления. Пиковая мощ­ность импульсных помех пропорциональна квадрату ширины про­пускания, а напряжение — полосе пропускания. Статистические свойства импульсных помех обычно описывают распределением вероятностей амплитуд импульсов и временных интервалов между импульсами.

Так как импульсные помехи являются случайными одиночными импульсами, то можно считать, что они появляются независимо друг от друга с вероятностью появления импульса , где — средняя частота следования импульсов,— малый промежуток времени. Тогда вероятность появленияп импульсов за времяТ определится формулой Пуассона:

В данном выражении параметр распределения v является характеристикой временных интервалов помехи.

К импульсным помехам относят некоторые виды атмосферных и промышленных помех.

Интегральное распределение огибающей атмосферных помех достаточно полно аппроксимируется выражением [8]

где а, Ь ис — постоянные, определяемые экспериментальным путем.

Распределение вероятностей амплитуд импульсов индустриаль­ных (промышленных) помех хорошо аппроксимируется логарифми­чески-нормальным- законом распределения

где и — амплитуда импульса, дБ;и— параметры распределе­ния, зависящие от выбранного для отсчета нулевого уровня и оп­ределяемые экспериментально для различных источников помех.

Сосредоточенные по спектру помехи представляют собой одно или несколько модулированных или немодулированных колебаний, являющихся сигналами посторонних радиостанций, генераторов высокой частоты различного назначения. Эти колебания могут быть непрерывными или носить импульсный характер (радиоте­леграфные сигналы). Ширина спектра сосредоточенной помехи, как правило, меньше полосы пропускания приемника.

Мультипликативные помехи вызывают быстрые и медленные замирания. Замирания считают быстрыми при длительности эле­мента сигнала Т, больше или одного порядка с длительностью среднего периода замирания, а медленные — когдазначитель­но больше длительности элемента сигналаТ. Физически природа замираний объясняется особенностью распространения радиоволн.

В диапазоне коротких волн необходимо учитывать также се­лективные замирания. Селективный характер замираний проявля­ется в полосе частот, составляющей несколько сотен герц. На более узкополосные сигналы селективный характер замираний не ска­зывается, и в этом случае замирания рассматривают как общие. Возникновение помех. По источникам возникновения помехи делятся на внутренние и внешние.

Внутренние шумы обусловлены термическими шумами в сопро­тивлениях аппаратуры связи, в каналах и проводных линиях связи, дробовым эффектом электронных приборов.

Шум в электрических цепях может проявляться в результате флуктуации тока, обусловленной дискретной природой носителей заряда (электронов, ионов). Результатом этого является дробовой эффект, который возникает в электронных лампах и полупровод­никовых приборах.

Основной причиной шума является случайное тепловое движе­ние носителей заряда в любом проводнике, которое вызывает случайную разность потенциалов (напряжение) на его концах. Среднее значение напряжения равно нулю, а переменная состав­ляющая проявляется как шум. Квадрат эффективного напряжения, обусловленного тепловыми флуктуациями в «шумящем» сопротив­лении R, может быть вычислен по формуле Найквиста:

где Т° — абсолютная температура проводника, имеющего сопро­тивлениеR; — полоса частот;k=1,38^.10^-23Дж/К — постоян­ная Больцмана.

К внешним помехам относят промышленные (индустриальные), атмосферные, космические; помехи от мешающих радиостанций и наводок с других линий; помехи, обусловленные взаимным влия­нием между каналами в многоканальных системах связи.

Промышленные помехи обусловлены изучением электромагнит­ной энергии при работе различных промышленных, бытовых и ме­дицинских приборов и аппаратов. Причиной возникновения про­мышленных помех могут быть: автомобильный транспорт (помехи от системы зажигания); электрифицированный транспорт (трам­ваи, троллейбусы, электропоезда и т. п.); линии электропередачи (пробой дефектных изоляторов, коронирование проводов); механи­ческие коммутационные устройства и реле (работа телеграфной и телефонной аппаратуры коммутации); сварочное оборудование (электрическая дуга); электрические машины и трансформаторы (например, включение и выключение генераторов, трансформато­ров); лампы дневного освещения; радиоэлектронные устройства (например, радиостанции, высокочастотные -генераторы, осцилло­графы, медицинское высокочастотное оборудование) ; бытовые электрические приборы (пылесосы, полотеры, стиральные маши­ны и др.).

Промышленные помехи могут иметь как флуктуационный, так и импульсный характер.

Атмосферные помехи обусловлены грозовыми разрядами и ста­тическим электрическим зарядом частиц пыли, капель воды, сне­жинок, находящихся в атмосфере, которые, соприкасаясь с антен­ной или проводами линии связи, отдают им свой заряд. Если основная энергия грозового разряда сконцентрирована в относи­тельно низкочастотном диапазоне (до 100 кГц), то помехи, вызванные наличием статического заряда частиц, имеют равномер­ный спектр во всем диапазоне.

Помехи космического происхождения — это помехи, порожден­ные магнитными бурями, радиоизлучением солнца, планет, звезд.

Спектр частот атмосферных и космических помех довольно широкий и по своему характеру они являются флуктуационными. Помехи космического происхождения являются высокочастотными и проявляются в основном в ультракоротковолновых каналах ра­диосвязи.

Помехи от мешающих радиостанций обусловлены нарушением регламента распределения рабочих частот, недостаточной стабиль­ностью частот и плохой фильтрацией гармоник сигнала. Эти по­мехи сказываются на работе радиоканалов, а также влияют на высокочастотные каналы, работающие по проводным воздушным линиям связи.

Помехи, обусловленные взаимным влиянием между каналами, проявляются во взаимном переходе энергии сигналов соседних каналов в многоканальных системах.