CN100452179C - 用于红光多阶光存储装置的读出信号检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于红光多阶光存储装置的读出信号检测方法，其中，所述红光多阶光存储装置的道间距大于等于0.52微米，本方法包括以下步骤：步骤a，从来自红光多阶光存储装置的读出信号{r_t}中恢复时钟信号，并以时钟信号为基准对{r_t}进行采样，得到采样序列{r_k}；步骤b，对{r_k}进行前馈滤波，得到目标信号序列{z_k}；以及步骤c，将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量，筛选其中具有最小路径度量的幸存路径作为最终路径输出。本发明还提供了一种读出信号检测装置。

Description

用于红光多阶光存储装置的读出信号检测方法及装置

技术领域

本发明涉及数字存储和信号处理领域，更具体而言，涉及用于红光多阶光存储装置(例如，红光光盘)的读出信号检测方法及装置。

背景技术

现有的数字光盘产品都是将信息转换成二进制数据，并将二进制数据以某种调制方式与存储介质记录符的两种不同物理状态相对应，实现数据存储，这类存储方式称为二值存储。目前的只读光盘存储技术所采用的都是二值存储方式，根据反射光光强的高低来判断当前所对应的位置是“坑”(Pit)或者“岸”(Land)，每个记录单元上可以记录两个状态数，也就是正好对应1位(bit)的信息。

多阶存储技术是相对二值存储提出的。如果将数据流调制成M进制数据(M＞2)，并将调制后的M进制数据与记录介质的M种不同物理状态相对应，即可实现M阶存储。M阶存储在一个信息记录斑的位置上可以存储log₂(M)比特数据，因此当M大于2时，每个记录单元上可以记录超过1比特的信息，并且数据传输率同时得到了提高。多阶存储是在不改变激光波长和光学数值孔径的情况下，能显著提高存储容量和数据传输率的一种新型技术。因此多阶存储系统与目前的光存储系统具有很好的兼容性。

基于此，北京保利星数据光盘有限公司提出一种多阶只读光盘及其制法(专利申请号【CN200510053536.0】)，采用多阶技术和数字光盘中广泛采用的游程长度受限调制技术相结合，大幅度提高了光盘的存储容量和数据传输率。但对于这种新型的光盘，需要相应的读出信号检测方法与装置与之相适应。

针对上述问题，需要有与红光多阶光存储装置相适应的读出信号检测方法与装置。

发明内容

为了满足红光多阶光存储装置数据恢复的需要，本发明提出了用于红光多阶光存储装置的读出信号检测方法和装置。

本发明的一个方面提供了一种用于红光多阶光存储装置的读出信号检测方法，其中，所述红光多阶光存储装置的道间距大于等于0.52微米，本方法包括以下步骤：步骤a，从来自红光多阶光存储装置的读出信号{r_t}中恢复时钟信号，，其中，t为时间，并以时钟信号为基准对{r_t}进行采样，得到采样序列{r_k}，其中，k为采样的编号；步骤b，对{r_k}进行前馈滤波，得到目标信号序列{z_k}；以及步骤c，将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量，筛选其中具有最小路径度量的幸存路径作为最终路径输出。

在上述的读出信号检测方法中，步骤a利用下式进行恢复和采样，以得到{r_k}： $r_k=\underset{l=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+n_k,$ 其中，{a_k}为记录在光盘上的数据序列，a_k-l为{a_k}中的一个元素，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l为f_l的序号，{n_k}为高斯噪声序列。

在上述的读出信号检测方法中，步骤b利用下式进行前馈滤波，以得到{z_k}： $z_k=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+{n^{\′}}_k,$ 其中，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，a_k-l为{a_k}中的元素，{n′_k}为高斯白噪声序列。

在上述的读出信号检测方法中，{z_k}由红光多阶光存储装置所采用的调制编码和红光多阶光存储介质及读出系统的符号响应函数决定。

在上述的读出信号检测方法中，各条幸存路径包括反馈滤波器，其用于将根据各条幸存路径的路径度量计算得到的反馈分量，负反馈到各条幸存路径的输入端，与{z_k}的输入值进行加减运算。

在上述的读出信号检测方法中，步骤c将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量包括以下步骤：把输入的{z_k}分别与反馈分量f_back相减，得到每条幸存路径对应的输入值，在计算路径度量时，维特比检测器中候选信号序列{a′_k}与实际的{z_k}的相似度的度量为： ${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-f_{\mathrm{back}})}^2,$ 其中，N为一个小于L的正整数，a′_k-l为{a′_k}中的元素，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，{f_l}为信道的符号响应序列，p为把各条幸存路径的度量进行比较时选出度量最小的幸存路径的时刻，k≤p-5L。

在上述的读出信号检测方法中，步骤c将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量还包括以下步骤：将 ${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2$ 的计算结果分别输入到维特比检测器中的各条幸存路径中进行计算，不断更新幸存路径，并不断从各条幸存路径中生成各自的反馈序列，输入到各条幸存路径的反馈滤波器中。

在上述的读出信号检测方法中，f_back为

在上述的读出信号检测方法，维特比检测器的状态集合和网格图由红光多阶光存储装置所采用的调制编码和红光多阶光存储介质及读出系统的符号响应函数决定。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种用于红光多阶光存储装置的读出信号检测装置，其中，所述红光多阶光存储装置的道间距大于等于0.52微米，本装置包括：时钟恢复和数据采样系统，用于从来自红光多阶光存储装置的读出信号{r_t}中恢复时钟信号，其中，t为时间，并以时钟信号为基准对{r_t}进行采样，得到采样序列{r_k}，其中，k为采样的编号；前馈滤波器，用于对{r_k}进行前馈滤波，得到目标信号序列{z_k}；以及维特比检测器，用于将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量，筛选其中具有最小路径度量的幸存路径作为最终路径输出。

在上述的读出信号检测装置中，时钟恢复和数据采样系统利用下式进行恢复和采样，以得到{r_k}： $r_k=\underset{l=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+n_k,$ 其中，{a_k}为记录在红光多阶光存储装置上的数据序列，k为采样的编号，a_k-l为{a_k}中的元素，{f_l}为信道的符号响应序列，l为f_l的序号，{n_k}为高斯噪声序列。

在上述的读出信号检测装置中，前馈滤波器 $z_k=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+{n^{\′}}_k,$ 其中，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，{n′_k}为高斯白噪声序列。

在上述的读出信号检测装置中，各条幸存路径包括反馈滤波器，其用于将根据各条幸存路径的路径度量计算得到的反馈分量，负反馈到各条幸存路径的输入端，与{z_k}的输入值进行加减运算。

在上述的读出信号检测装置中，维特比检测器用于把输入的{z_k}分别与反馈分量f_back相减，得到每条幸存路径对应的输入值，在计算路径度量时，维特比检测器中候选信号序列{a′_k}与实际的{z_k}的相似度的度量为： ${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-f_{\mathrm{back}})}^2,$ 其中，N为一个小于L的正整数，a′_k-l为{a′_k}中的元素，p为把各条幸存路径的度量进行比较时选出度量最小的幸存路径的时刻，k≤p-5L，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号。

在上述的读出信号检测装置中，维特比检测器还用于将候选信号序列{a′_k}与实际的{z_k}的相似度的度量 ${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2$ 的计算结果分别输入到维特比检测器中的各条幸存路径中进行计算，不断更新幸存路径，并不断从各条幸存路径中生成各自的反馈序列，输入到各条幸存路径的反馈滤波器中，其中，N为一个小于L的正整数，p为把各条幸存路径的度量进行比较时选出度量最小的幸存路径的时刻，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，k≤p-5L，a′_k-l为{a′_k}中的元素。

在上述的读出信号检测装置中，f_back为

其中，{a′_k}为所述维特比检测器中候选信号序列，a′_k-l表示{a′_k}中的元素，N为一个小于L的正整数，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号。

在上述的读出信号检测装置中，反馈滤波器以及前馈滤波器均为线性滤波器。

因此，本发明为红光多阶光存储装置读出信号检测提供了一种与之相匹配的方法及装置，满足了红光多阶光存储装置读出信号数据恢复的需要。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明的红光多阶光存储装置读出信号检测装置的框图；

图2是红光多阶光存储装置的信道模型视图；

图3是根据本发明实施例的维特比检测器的网格图；

图4是根据本发明的实施例的维特比检测器的树图；

图5是根据本发明的改进型维特比检测器的实现结构视图；

图6是根据本发明的实施例的多路选通器的框图；

图7是根据本发明的实施例的改进型维特比检测器的网格图；以及

图8是根据本发明的红光多阶光存储装置读出信号检测方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明进行详细的说明。

图8是根据本发明的红光多阶光存储装置读出信号检测方法的流程图，其包括以下步骤：

步骤S802，从来自红光多阶光存储装置的读出信号{r_t}中恢复时钟信号，并以时钟信号为基准对{r_t}进行采样，得到采样序列{r_k}；

步骤S804，对{r_k}进行前馈滤波，得到目标信号序列{z_k}；以及

步骤S806，将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量，筛选其中具有最小路径度量的幸存路径作为最终路径输出。

可以看出，该方法为红光多阶光存储装置读出信号检测提供了一种与之相匹配的方法。下面将进一步描述本发明的优选实施例。

优选地，步骤S802利用下式进行恢复和采样，以得到{r_k}： $r_k=\underset{l=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+n_k,$ 其中，{a_k}为记录在红光多阶光存储装置上的数据序列，k为序号，{f_l}为信道的符号响应序列，{n_k}为高斯噪声序列。

优选地，步骤S804利用下式进行前馈滤波，以得到{z_k}： $z_k=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+{n^{\′}}_k,$ 其中，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，{n′_k}为高斯白噪声序列。

优选地，{z_k}由红光多阶光存储装置所采用的调制编码和红光多阶光存储介质及读出系统的符号响应函数决定。

优选地，各条幸存路径包括反馈滤波器，其用于将各条幸存路径的路径度量计算得到反馈分量，负反馈到各条幸存路径的输入端，与{z_k}的输入值进行加减运算。

优选地，步骤S806将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量包括以下步骤：把输入的{z_k}分别与反馈分量f_back相减，得到每条幸存路径对应的输入值，在计算路径度量时，维特比检测器中候选信号序列{a′_k}与实际的{z_k}的相似度的度量为： ${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-f_{\mathrm{back}})}^2,$ 其中，N为一个小于L的正整数，p为把各条幸存路径的度量进行比较，在选出度量最小的幸存路径的时刻，k≤p-5L。

优选地，步骤S806将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量还包括以下步骤：将 ${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2$ 的计算结果分别输入到维特比检测器中的各条幸存路径中进行计算，不断更新幸存路径，并不断从各条幸存路径中生成各自的反馈序列，输入到各条幸存路径的反馈滤波器中。

优选地，f_back为

优选地，维特比检测器的状态集合和网格图由红光多阶光存储介质所采用的调制编码和红光多阶光存储介质及读出系统的符号响应函数决定。

图1是根据本发明的红光多阶光存储装置读出信号检测装置100的框图。图中r(t)表示红光多阶光存储装置的读出信号，{r_k}表示经过时钟恢复与数据采样系统102之后形成的读出信号的采样序列，{z_k}表示前馈滤波器104输出的目标信号序列，

表示改进型维特比检测器106输出的判决值，DL是指改进型维特比检测器106的判决延时。

如图1所示，红光多阶光存储装置读出信号检测装置100包括以下装置：时钟恢复和数据采样系统102，该装置还包括：前馈滤波器104，用于接收采样序列，以使采样序列成为目标信号序列；以及改进型维特比检测器106，用于接收目标信号序列，以得到每条幸存路径对应的输入值；计算分别输入各条幸存路径中的输入值，以不断更新幸存路径，并从各条幸存路径中生成各自的反馈序列；以及对幸存路径进行筛选，输出检测结果。

在上述方案中，时钟恢复和数据采样系统102用于执行图8中的步骤S802，前馈滤波器104用于执行图8中的步骤S804，而改进型维特比检测器106用于执行图8中的步骤S806。

在本发明中，改进型维特比检测器106内部包括反馈滤波器；此外，输入反馈滤波器的反馈序列从维特比检测器106的各条幸存路径中提取。

其中，改进型维特比检测器106还用于：将目标信号序列分别与改进型维特比检测器106中的各条幸存路径对应的反馈滤波器的输出值相减。

另外，改进型维特比检测器106通过多路选通器，比较路径度量来生成幸存路径；以及通过多路选通器来选择具有最小路径度量的幸存路径作为最终路径。

采样序列可表示为：

$r_k=\underset{l=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+n_k,$

其中，{a_k}为记录在红光多阶光存储装置上的数据序列，k为序号，{f_k}为信道的符号响应序列，{n_k}为高斯噪声序列。

目标信号序列可表示为：

$z_k=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+{n^{\′}}_k,$

其中，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，{n′_k}为高斯白噪声序列。

其中，目标信号序列由红光多阶光存储装置所采用的调制编码和红光多阶光存储介质及读出系统的符号响应函数决定；本发明的前馈滤波器104用于使r_k成为只受L+1个a_k值影响的目标信号序列；此外，前馈滤波器104还用于当n_k为彩色噪声时，将其处理成高斯白噪声n′_k。

此外，在计算路径度量时，改进型维特比检测器106中候选信号序列与实际的目标信号序列{z_k}的相似度的度量为：

${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2,$

其中，N为小于L的正整数，{a′_k}为候选信号序列，p为把各条幸存路径的度量进行比较，选出度量最小的幸存路径的时刻，在选出最小路径的时刻，k≤p-5L，此外，通过反馈滤波器实现 $\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l.$

需要指出的是，根据本发明的实施例反馈滤波器以及前馈滤波器104均为线性滤波器。

红光多阶光存储装置从数据刻录、复制到读出信号的采样序列的生成过程可以抽象成一个离散信道模型。以下将结合图2至7详细描述如图8所示的红光多阶光存储装置读出信号检测方法。

如图2所示。图中{a_k}为记录在红光多阶光存储装置上的数据序列，{f_l}为此信道的符号响应序列，{n_k}为高斯噪声序列。对于M阶只读光盘而言，{a_k}只能有M个取值。{a_k}经过光盘信道之后，由于受到相邻符号的干扰和噪声的影响，读出信号的采样序列成为

$r_k=\underset{l=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+n_k---\left(1\right)$

由式(1)可知，从理论上讲，每一时刻的读出信号采样值r_k会受到整个序列{a_k}的影响，但在实际中由于系统本身的特性和前馈滤波器的作用，在前馈滤波器的输出信号中，当l超过一定的范围时，f_l数值很小可以忽略。假设不可忽略的f_l有L+1个，习惯上经常把f_l写成单边的，如(2)式所示：

$z_k=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+{n^{\′}}_k---\left(2\right)$

前馈滤波器的作用一方面是使r_k成为只受L+1个a_k值影响的目标信号序列，一方面是当n_k为彩色噪声时，可将其处理成白噪声n′_k。

对于上述这种带有有限长度的符号间干扰和高斯白噪声的信号的检测，采用最大似然序列检测是最佳方案。最大似然序列检测的基本原理是将实际获得的信号序列和可能出现的候选信号序列逐一比较，选择最接近的，也就是所谓具有最大似然度的候选信号序列作为检测结果。而维特比检测器是实现最大似然序列检测最有效的方案，它基于网格图对路径进行动态搜索。为了对维特比检测器进行说明，我们不妨举例。假定红光多阶光存储装置阶数为4，{a_k}只能从集合{-3，-1，1，3}中取数，令L＝1，则式(2)可写成

z_k＝a_k+a_k-1+n′_k    (3)

设{a_k}的候选信号序列为{a′_k}，定义符号序列的状态集合S_k＝{a′_k-1，a′_k-2，...，a′_k-L}，则集合中共包括L个元素。在本例中因为L＝1，所以S_k＝{a′_k-1}，由于{a′_k-1}取值范围与{a_k}相同，为{3，1，-1，-3}，因此集合S_k也有四种可能的取值{3}、{1}、{-1}、{-3}。那么可据此绘制维特比检测器的网格图，如图3所示。网格图中左边一列表示的是符号序列的状态S_k，右边一列表示的是符号序列的状态S_k+1。箭头表示的是S_k中元素的各种取值组合与S_k+l中元素的各种取值组合的映射关系。每过一个时刻，网格图就会向前延伸一步，与{S₁，S₂，...，S_p}相对应的{a′₁，a′₂，...，a′_p}，就形成了维特比检测器在第p时刻的候选序列。这些候选序列与实际信号序列的相似度的度量表示如下：

${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2=\underset{k=1}{\overset{p-1}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2+{(z_p-\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a_{p-l}}^{\′}{f}_l)}^2$

$={\mathrm{PM}}_{p-1}+{(z_p-\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a_{p-l}}^{\′}{f}_l)}^2---\left(4\right)$

这一度量值越小，表明该候选序列与实际的信号序列越接近。对于本例，式(4)可写作

${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-({a^{\′}}_k+{a^{\′}}_{k-1}))}^2={\mathrm{PM}}_{p-1}+{(z_p-({a^{\′}}_p+{a^{\′}}_{p-1}))}^2---\left(5\right)$

由图3可知，信号候选序列数目有4^p之多，但因为PM_p具有递推关系，候选序列可以逐级删除，这一过程由图4表示。图4为根据图3绘制的维特比检测的树图，箭头表示序列可能的延伸，箭头上的数字表示a′_k+1的取值。在维特比网格图和树图中，这些头尾相接的箭头连在一起也称作路径，每条路径对应于一个候选序列。如图4所示，当k＝2时，共有16条可供选择的路径，经过按式(5)进行计算，可以得到16个度量PM₂，将这16条路径按照a′₂取值分成四组，每一组只保留度量最小的一条路径，也就是说，经过路径筛选后，对于a′₂＝3、a′₂＝1、a′₂＝-1和a′₂＝-3的情况，各自只有一条路径及其度量被保留下来。这些被保留下来的路径就称作幸存路径。在以后的每一时刻，这一过程重复进行，从而使得每一时刻的幸存路径都只有4条。对于维特比检测器而言，当这一过程进行到k＝时刻时，一般可以认为各条幸存路径中的k＝p-5L时刻以前的部分已经完全相同，因此可在k＝p时刻将各个幸存路径的度量进行比较，选出度量最小的幸存路径，该路径在k＝p-5L时刻以前对应的a′_k值就可作为a_k的检测结果输出。因此维特比检测器的检测结果输出相对于输入，需要DL个时刻的延时，且一般取DL＞5L，在维特比检测器计算过程中每条幸存路径最新的DL个值必须一直保存在寄存器中。

从上边的说明可知，维特比检测器的网格图的复杂程度和要保存的幸存路径的数目，主要由符号序列的状态集合S_k中的元素{a′_k-1，a′_k-2，...，a′_k-L}的取值有多少种可能组合决定，可能的取值组合越多，维特比检测器的网格图就越复杂，要保存的幸存路径的数目就越多，维特比检测器的实现也就越困难。而{a′_k-1，a′_k-2，...，a′_k-L}可能的取值组合数目与L值呈指数增长关系。而对于红光多阶光存储装置系统而言，其L至少为6，S_k的元素可能的取值组合数目会很大，比如对于四阶的情况，将超过100，这样的维特比检测器是很难设计和实现的。

本发明所述的改进型维特比检测器，可以使维特比检测器的复杂度大为降低。其原理如下：

将式(4)改写为

${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2---\left(6\right)$

式中N为一个小于L的正整数，式(6)括号中的第二项可以通过一个反馈滤波器来实现，而按照维特比检测器的常规方法来处理括号中的第三项。令

${z^{\′}}_k=z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l---\left(7\right)$

则路径度量的计算式(6)变为：

${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{({z^{\′}}_k-\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2---\left(8\right)$

从式(8)中可以看出，路径度量的计算中只需要涉及长度为N+1的候选序列，从而使得符号序列的状态集合S_k的元素变为{a′_k-1，a′_k-2，...，a′_k-N}，S_k的元素数从L减到N，于是S_k的元素可能的取值组合数目也随之下降，从而降低了维特比检测器的复杂度。

这种改进型维特比检测器的结构如图5所示。图中所示的改进型维特比检测器是针对{a′_k-1，a′_k-2，...，a′_k-N}的可能的取值组合数目为s，每个时刻幸存路径数目也为s，第i条路径对应的{a′_k-1，a′_k-2，...，a′_k-N}的取值用{a′ⁱ _k-1，a′ⁱ _k-2，...，a′ⁱ _k-N}表示(0≤i≤s-1)。相应地，保存在寄存器中的幸存路径为{a′ⁱ _k-1，a′ⁱ _k-2，...，a′ⁱ _k-DL}。反馈滤波器的抽头系数为{f_N+1，f_N+2，...，f_L}，由于在k时刻生成的反馈序列要与k+1时刻的输入信号相作用，因此，反馈序列为{a′ⁱ _k-N，a′ⁱ _k-N-l，...，a′ⁱ _k-L+1}。每一条幸存路径都有一个反馈滤波器与之相对应。维特比检测器的输入序列{z_k}与s个反馈滤波器的输出值分别相减，得到s个序列{z′⁰ _k}，{z′¹ _k}，...，{z′^(s-1) _k}。再分别按照式(8)计算这s个序列与各个候选序列的路径度量PM_p，比较路径度量，选出s条幸存路径{a′ⁱ _k-1，a′ⁱ _k-2，...，a′ⁱ _k-DL}(0≤i≤s-1)，保存在寄存器中。一方面，从这些保存在寄存器中的幸存路径中提取出反馈序列{a′ⁱ _k-N，a′ⁱ _k-N-1，...a′ⁱ _k-L+1}，输入到反馈滤波器中，用于计算{z′⁰ _k}，{z′¹ _k}，...，{z′^(s-1) _k}。另一方面比较保存在寄存器中的各条幸存路径的路径度量，选择路径度量值最小的幸存路径所对应的侯选值a′_k-DL，作为a_k-DL的判决结果

输出。本发明所述的改进型维特比检测器的状态集合S_k和网格图由红光多阶光存储装置所采用的调制编码和红光多阶光存储装置系统的符号响应函数决定。

在多阶的只读光盘的信号检测装置中，上述改进型维特比检测器中通过比较路径度量来生成幸存路径的模块和选择具有最小路径度量的幸存路径为最终路径的模块都是采用如图6所示的多路选通器602来实现的。各条路径的路径度量值PM_p的计算结果被输入到比较器604中，比较器604比较它们的大小，输出选通逻辑到选通器602。该选通逻辑控制选通器602的输出为具有最小路径度量值PM_p的路径。

下面将通过实施例进一步说明本发明的内容，但本发明内容不受限于实施例所述：

根据本发明提供的红光多阶光存储装置的信号检测方法与装置，我们对采用4元(2，8)RLL调制码的4阶只读光盘以及符号响应函数为{f₀＝0.16，f₁＝0.48，f₂＝0.83，f₃＝1，f₄＝0.82，f₅＝0.48，f₆＝0.17}、L＝6的红光多阶光存储装置系统的信号检测方法与装置进行设计。

令N＝3，DL＝30，4阶只读光盘的幅度取值为{3，1，-1，-3}，改进型维特比检测器的网格图如图7所示。网格图中每一连接箭头上都有一个标记“x/y”，其中“x”表示当前时刻输入的候选值a′_k，“y”表示

维特比检测器的状态集合S_k的元素数目和幸存路径数目为28。反馈滤波器与前馈滤波器均为线性滤波器。反馈滤波器的抽头系数为{0.82，0.48，0.17}，前馈滤波器抽头系数为{0.06，0.09，0.11，0.12，0.12，0.12，0.11，0.09，0.06}。

综上，本发明为红光多阶光存储装置提供了一种与之相适应的信号检测方法与装置，能够满足其数据恢复的需要。

另外，本领域技术人员应当理解，当本发明用于制作红光多阶光存储装置时，可以将道间距限定为对应于刻录光盘所使用的激光波长，例如，通常大于等于0.52微米，也可以限定为大于等于0.7微米或更高，例如大于等于0.75微米或0.8微米。但本发明并不限定于，本发明设计的调制码编/解码方法并不受限于红光多阶光存储装置的道间距。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于红光多阶光存储装置的读出信号检测方法，其中，所述红光多阶光存储装置的道间距大于等于0.52微米，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a，从来自所述红光多阶光存储装置的读出信号{r_t}中恢复时钟信号，并以所述时钟信号为基准对{r_t}进行采样，得到采样序列{r_k}；

步骤b，对{r_k}进行前馈滤波，得到目标信号序列{z_k}；以及

步骤c，将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量，筛选其中具有最小路径度量的幸存路径作为最终路径输出；

t为时间；k为采样的编号。

2.根据权利要求1所述的读出信号检测方法，其特征在于，所述步骤a利用下式进行恢复和采样，以得到{r_k}：

$r_k=\underset{l=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+n_k,$

其中，{a_k}为记录在所述红光多阶光存储装置上的数据序列，k为采样的编号，a_k-l为{a_k}中的元素，{f_l}为信道的符号响应序列，l为f_l的序号，{n_k}为高斯噪声序列。

3.根据权利要求1所述的读出信号检测方法，其特征在于，所述步骤b利用下式进行前馈滤波，以得到{z_k}：

$z_k=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+{n^{\′}}_k,$

其中，{a_k}为记录在所述红光多阶光存储装置上的数据序列，k为采样的编号，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，{f_l}为信道的符号响应序列，a_k-l为{a_k}中的元素，{n′_k}为高斯白噪声序列。

4.根据权利要求1所述的读出信号检测方法，其特征在于，{z_k}由所述红光多阶光存储装置所采用的调制编码和红光多阶光存储介质及读出系统的符号响应函数决定。

5.根据权利要求1所述的读出信号检测方法，其特征在于，所述各条幸存路径包括反馈滤波器，其用于将根据所述各条幸存路径的所述路径度量计算得到的反馈分量，负反馈到所述各条幸存路径的输入端，与{z_k}的输入值进行加减运算。

6.根据权利要求5所述的读出信号检测方法，其特征在于，所述步骤c将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量包括以下步骤：

输入的{z_k}分别与所述反馈分量f_back相减，得到每条所述幸存路径对应的输入值，在计算路径度量时，所述维特比检测器中候选信号序列{a′_k}与实际的{z_k}的相似度的度量为：

${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-f_{\mathrm{back}})}^2,$

其中，N为一个小于L的正整数，a′_k-l为{a′_k}中的元素p为把各条幸存路径的度量进行比较时选出度量最小的幸存路径的时刻，k≤p-5L，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，{f_l}为信道的符号响应序列。

7.根据权利要求6所述的读出信号检测方法，其特征在于，所述步骤c将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量还包括以下步骤：

将 ${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2,$ 约计算结果分别输入到所述维特比检测器中的各条幸存路径中进行计算，不断更新所述幸存路径，并不断从所述各条幸存路径中生成各自的反馈序列，输入到所述各条幸存路径的所述反馈滤波器中。

8.根据权利要求6所述的读出信号检测方法，其特征在于，f_back为 $\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l.$

9.根据权利要求1所述的读出信号检测方法，所述维特比检测器的状态集合和网格图由所述红光多阶光存储装置所采用的调制编码和红光多阶光存储介质及读出系统的符号响应函数决定。

10.一种用于红光多阶光存储装置的读出信号检测装置，其中，所述红光多阶光存储装置的道间距大于等于0.52微米，其特征在于，包括：

时钟恢复和数据采样系统，用于从来自所述红光多阶光存储装置的读出信号{r_t}中恢复时钟信号，并以所述时钟信号为基准对{r_t}进行采样，得到采样序列{r_k}；

前馈滤波器，用于对{r_k}进行前馈滤波，得到目标信号序列{z_k}；以及

维特比检测器，用于将{z_k}分别输入维特比检测器中的各条幸存路径得到各自的路径度量，筛选其中具有最小路径度量的幸存路径作为最终路径输出；

t为时间；k为采样的编号。

11.根据权利要求10所述的读出信号检测装置，其特征在于，所述时钟恢复和数据采样系统利用下式进行恢复和采样，以得到{r_k}：

$r_k=\underset{l=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}+n_k,$

其中，{a_k}为记录在所述红光多阶光存储装置上的数据序列，a_k-l表示{a_k}中的元素，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l为f_l的序号，{n_k}为高斯噪声序列。

12.根据权利要求10所述的读出信号检测装置，其特征在于，所述前馈滤波器的输出值为 $z_k=\underset{l=0}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k-l}{f}_l+{n^{\′}}_k,$

其中，{a_k}为记录在所述红光多阶光存储装置上的数据序列，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，a_k-l为{a_k}中的元素，{n′_k}为高斯白噪声序列。

13.根据权利要求10所述的读出信号检测装置，其特征在于，所述各条幸存路径包括反馈滤波器，其用于将根据所述各条幸存路径的所述路径度量计算得到的反馈分量，负反馈到所述各条幸存路径的输入端，与{z_k}的输入值进行加减运算。

14.根据权利要求13所述的读出信号检测装置，其特征在于，所述维特比检测器用于把输入的{z_k}分别与所述反馈分量f_back相减，得到每条所述幸存路径对应的输入值，在计算路径度量时，所述维特比检测器中候选信号序列{a′_k}与实际的{z_k}的相似度的度量为：

${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-f_{\mathrm{back}})}^2,$

其中，N为一个小于L的正整数，p为把各条幸存路径的度量进行比较时选出度量最小的幸存路径的时刻，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，k≤p-5L，a′_k-l为{a′_k}中的元素。

15.根据权利要求13所述的读出信号检测装置，其特征在于，所述维特比检测器还用于将候选信号序列{a′_k}与实际的{z_k}的相似度的度量 ${\mathrm{PM}}_p=\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{(z_k-\underset{l=N+1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l-\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l)}^2$ 的计算结果分别输入到所述维特比检测器中的各条幸存路径中进行计算，不断更新所述幸存路径，并不断从所述各条幸存路径中生成各自的反馈序列，输入到所述各条幸存路径的所述反馈滤波器中，

其中，N为一个小于L的正整数，p为把各条幸存路径的度量进行比较时选出度量最小的幸存路径的时刻，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l＝0，1，2，...，L，共L+1个有用信号，k≤p-5L，a′_k-l为{a′_k}中的元素。

16.根据权利要求13所述的读出信号检测装置，其特征在于，所述反馈分量f_back为 $\underset{l=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a^{\′}}_{k-l}{f}_l,$

其中，{a′_k}为所述维特比检测器中候选信号序列，a′_k-l表示{a′_k}中的元素，N为一个小于L的正整数，k为采样的编号，{f_l}为信道的符号响应序列，l＝0，1，2，...，L，其L+1个有用信号。

17.根据权利要求13所述的读出信号检测装置，其特征在于，所述前馈滤波器和所述反馈滤波器都是线性滤波器。

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