CN1191683C - 检测从通道信号接收的信号的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测从通道信号接收的信号并将该信号转换为二进制代码序列的装置。本发明的目的是开发一种具有最小硬件复杂性的最大似然检测器。本发明检测从通道信号(HF)接收的信号(EBS)的方法包括下列步骤：数字化从通道接收的信号；均衡数字信号(Ak)；由均衡信号(Bk)产生转移量度(b_mp，b_pm)；确定所产生转移量度(b_mp，b_pm)的最小值(b_ml)；由最小值(b_ml)确定合并(m-，m+，m0)；以及由连续合并(m-，m+，m0)产生位流信号。

Description

检测从通道信号接收的信号的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测从通道信号接收的信号并将该信号转换为二进制代码序列的装置。更具体地说，本发明涉及一种信号处理装置，它能够执行光盘再现数据的最大似然检测。

背景技术

理想化的记录通道具有低通特性，正如双二进制(1+D)部分响应(PRl类)，因此，为检测从光盘读出的数据可采用(1+D)部分响应信令技术。

实现公知方法的一种方法和相应硬件构造需要许多计算，尤其对于转移量度计算和不同路径量度计算而言，这需要额外的时间并导致检测器性能下降。

在公知最大似然检测器中，此处也称为ML检测器或MLD设备，已经实现了一种方法，也称为“维特比”检测。该方法基于如下假定，即记录通道具有一预编码器。该方法对输入信号幅度变化是极为敏感的，因为采用了大量的阈值条件，例如比较。

本发明的目的是提出一种具有最小硬件复杂性、最大计算速度的最大似然检测器，该最大似然检测器对输入信号幅度变化不敏感。为了达到该目的，利用了下列原理。

所谓最大偶然性检测归结为找出容许序列x＝x₀，x₁，...，x_n，该序列与检测器输入序列B＝B₀，B1，...，B_n在欧几里得意义上最相近。在检测器输入B与容许序列x之间的欧几里得距离λ为

$\mathrm{\λ}=\underset{k=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(B_k-x_k)}^2---\left(1\right)$

这是所谓的转移量度b_k之和，其中

        b_k＝(B_k-x_k)²                        (2)一旦可得到第k个检测器输入B_k可以马上计算所有量度b_k。检测器必须确定通过网格的路径，对于该网格而言，所有转移量度之和为最小。在图5中示出两个也分别表示为p和m的状态0和1的状态转移图实例。用b_pp，b_mp，b_pm及b_mp表示不同转移，其中第一下标表示实际状态而第二下标表示前一状态。

对于一种两状态的最大似然检测，转移量度为

1.在状态转移图中从1到0的数据转移路径

        b_mp＝(B_k+Am)²；                  (3)

2.在状态转移图中从0到1的数据转移路径

        b_pm＝(B_k-Am)²；                  (4)

3.在状态转移图中从0到0的数据转移路径

        b_mm＝(B_k+2*Am)²；                (5)

4.在状态转移图中从1到1的数据转移路径

        b_pp＝(B_k-2*Am)²；                (6)

其中MLD将(1+D)均衡器的输出作为输入，

        B_k＝A_k+A_k-1，                    (7)

在此    A_k＝Y_k-Am，                       (8)

并且其中Y_k是模数变换后从记录介质读出的HF信号的采样值，Am是参考值，特别是所谓限幅器的当前值。

图1分别示出信号Y_k，A_k，B_k。时间轴被细分为相等间隔的部分，每一垂直线表示第k时间点，在该时间点从连续信号取得用点表示的样本。在每一判定点(k)同时计算四个转移量度b_mp，b_pm，b_mm，及b_pp。可以看出转移量度值是绝对值，它们总是正值。这是由平方运算引起的。对该绝对值进行如下运算

        b_ml＝MIN(b_mp，b_pm，b_pp，b_mm，    (9)

其中b_ml是对应于最小转移量度的值。因此b_ml为具有最大似然性的对应于正确转移的转移量度。b_ml值随后被用于合并判定运算。

本发明的目的是提出一种复杂性减小的最大似然检测器。

按照本发明，为了增加最大似然检测器、在此也称为ML检测器或MLD的性能而不损失检测能力，并为了减小硬件复杂性，在转移量度计算块中进行了一些修改并删除了不同路径量度计算块。

按照本发明，对上述计算作了如下简化：

首先排除了平方运算。其优点是减小了最大似然检测器的复杂性。在上述实例中避免了四个乘法运算。

其次不确定未改变状态的转移量度。这不影响负向的最大似然检测，就像没有这种转移发生，因为HF信号波形不平坦。该特性能够排除转移量度计算(5)和(6)。

而且，利用硬件运算系统的某些特性计算转移量度。该过程将在以下作更详细的说明。

通过计算两个转移量度绝对值之和并利用决定最小转移量度的该和的正负号来确定最小转移量度。如本领域技术人员公知的，根据所采用的符号类型，例如以2的补码二进制符号或任何其他方式的最高有效位表示该正负号。该特征的优点是求和运算及确定变量正负号是容易实现并执行快的运算。

对于不同的转移量度，最好以不同方式生成要输入到加法运算的绝对值。对于第一转移量度检查最高有效位。如果它被设置为“低”电平，对应于绝对值的余下的较低有效位也作为该和的绝对值。如果将最高有效位设置为“高”电平，则反转的较低有效位作为该和的绝对值。对于第二转移量度，以相反的方式进行该选择。在这种情况下如果将最高有效位设置为“高”电平，绝对值不变，否则取其反转的值。这对于二的补码二进制符号是成立的，然而，利用不同于二的补码符号的符号，本领域技术人员可容易地实现这里对应于最高有效位的正负号的类似估算及绝对值转换。

按照本发明，从所生成转移量度的两个相继最小值检测合并的类型。这使得即使未生成转移量度的所有可能类型也能够确定合并类型。在两种状态情况下合并的类型有：从“高”状态到“低”状态的转变；从状态“低”到“高”状态的转变；以及无状态转变。在仅相对“状态转变”生成转移量度的情况下，则仅在两个相继最小转移量度的类型变化时确定状态转变。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种检测从通道信号(HF)接收的信号(EBS)的方法，包括下列步骤：数字化从通道接收的信号；均衡数字信号(A_k)；由均衡信号(B_k)产生转移量度(b_mp，b_pm)；确定所产生转移量度(b_mp，b_pm)的最小值(b_ml)；由最小值(b_ml)确定合并(m-，m+，m0)；以及由连续合并(m-，m+，m0)产生位流信号。

根据本发明的另一方面，提供一种检测从通道信号(HF)接收的位流信号(EBS)的装置，包括：限幅器(1)，计算数字通道信号(Y_k)的平均值(Am)；减法器(2)，计算数字信号(A_k)；均衡器，由数字信号(A_k)产生均衡信号(B_k)；转移量度计算器(4)，由均衡信号(B_k)产生转移量度(b_mp，b_pm)；合并确定单元(5)，由转移量度(b_mp，b_pm)确定合并(m-，m+，m0)；以及合并检测单元(6)，由连续合并(m-，m+，m0)产生位流信号(EBS)。该设备的优点是它具有相对简易的结构，不需要复杂或占据空间的单元。均衡器最好为(1+D)线性均衡器，用于组合两个相继输入值，从而以简单的方式减小噪声。

转移量度计算器最好包含加法器，以从均衡信号及平均值或负平均值计算转移量度。利用加法器产生转移量度的优越性在于，加法器是简单且节省成本的单元。虽然计算的结果可能不如按公知方法计算的准确，但已证明对于收到可靠的工作成效来讲它是足够准确的。

合并确定单元包括加法器、两个乘法器及用于确定两个输入信号的绝对值的最小值的两个非门。这所具有的优点是数目少的相对简易的单元足以确定两个转移量度的最小绝对值。

附图说明

从以下利用附图对本发明优选实施例的描述本发明的其他特征和优点将是显而易见的。

附图中：

图1a)-e)示出在本发明方法的不同步骤发生的示范信号，

图2示出本发明的最大似然检测器，

图3示出在本发明最大似然检测器中所使用的均衡器，

图4示出本发明最大似然检测器的合并检测单元，

图5示出示范性状态转移图。

具体实施方式

以上已描述图1a)-c)的内容。按照本发明，仅需计算两个转移量度：在状态转移图中从1到0的数据转移路径

        b_mp＝B_k+Am；                (10)

以及状态转移图中从0到1的数据转移路径

            b_mp＝B_k-Am；                         (11)

根据这些值，按照正式确定最小转移量度b_ml

            b_ml＝MIN(b_mp，b_pm)，                (12)

其中b_mp和b_pm是绝对值。

在每一判定点(k)同时计算等式(10)和(11)的值，然后计算等式(12)的值。来自等式(12)的信息足以确定合并m-，m+或m0，其中m0表示无状态变化的转移，m-表示从“低”状态到“高”状态的转移，及m+表示从“高”状态到“低”状态的转移。在下列状态下确定合并，也参见图1d)：

1)如果b_ml(k+1)＝b_pm和b_ml(k)＝b_mp；则合并类型为m-；

2)如果b_ml(k+1)＝b_pm和b_ml(k)＝b_pm；则合并类型为m0；

3)如果b_ml(k+1)＝b_mp和b_ml(k)＝b_pm；则合并类型为m+；

4)如果b_ml(k+1)＝b_mp和b_ml(k)＝b_mp；则合并类型为m0；

合并序列被检测并传送到位序列。图1e)示出从路径量度存储器输出的估算位序列。

图2示出本发明的最大似然检测装置。ML检测器包括六个主块，限幅器1，减法器2，(1+D)线性均衡器3，转移量度计算单元4，合并判定单元5以及合并检测单元6。

对于本发明实施例的描述，假定在ML检测器装置中运用2的补码固定点算法。其他表示法使必要的微小修改均不脱离本领域技术人员的知识范围。

以公知方式从光记录介质读出同频数据信号HF。将高频数据信号HF馈送到模数变换器7。模数变换器7在给定速率对其输入信号采样并输出采样数据信号Y。每一采样数据信号具有指数k，表示它是所取得的第k个采样。该描述中所采用并提供有指数k的所述其他值涉及第k个样本。每一采样数据信号Y_k被馈送到限幅器1以及减法器2。

限幅器1计算采样数据信号Y_k的平均值Am。同时限幅器1计算负值-Am。平均值Am馈送到减法器2。平均值Am和负值-Am均馈送到转移量度计算单元4。减法器2用A_k＝Y_k-Am计算数值A_k。

线性均衡器3由两个顺序值A_k，A_(k-1)产生检测器输入值b_k。转移量度计算单元4利用平均值Am和负平均值-Am由检测器输入值b_k计算转移量度b_mp和b_pm。

合并判定单元5由转移量度b_mp，b_pm产生合并判定信号BR0，BR1，它们被馈送到合并检测单元6。合并检测单元6包括控制块8和路径量度存储器9，其输出信号是估算的比特序列EBS。

图3详细地示出(1+D)线性均衡器3，转移量度计算单元4和合并判定单元5。均衡器3按照下列表达式处理数据：

          B_k＝A_k+A_(k-1)，    k＝1，2，...

因此，其配备有两个寄存器REG1，REG2和加法器ADD1。将值A_k馈送到第一寄存器REG1，其输出值A_k馈送到加法器ADD1以及第二寄存器REG2。对应于先前值A(_k-1)的第二寄存器REG2的输出也馈送到加法器ADD1，加法器ADD1的输出信号是检测器输入值B_k。

转移量度计算单元4包括两个加法器ADD2，ADD3，用于按照b_mp＝b_k+Am；b_pm＝b_k-Am由检测器输入值b_k，平均值Am和负平均值-Am计算转移量度b_mp和b_pm。

合并检测单元6判断采样数据Y_K的合并。转移量度b_mp和b_pm的值用于计算采样数据的合并m0，m+，m-，见图1。

在图3中，示出合并判定单元。该块包含由X(-1)表示并称作非门10，11的两个执行非运算的电路，一加法器ADD4，两个多路复用器MUX1，MUX2和两个寄存器REG3和REG4。执行非运算的两个电路、非门10，11，两个多路复用器MUX1，MUX2和加法器ADD4用于判定哪一个转移量度b_mp和b_pm具有最小绝对值。

为进行该判定，将每一转移量度b_mP和b_pm的正负号作为多路复用器MUX1，MUX2的控制信号。在本说明书所采用的2的被码表示法中，用最高有效位msb_mp和msb_pm表示正负号。在分离器12、13处由转移量度b_mp和b_pm获取用最高有效位msb_mp和msb_pm表示的正负号。转移量度b_mp馈送到多路复用器MUX1的输入端2，而在经过非门1之后其负值则馈送到多路复用器MUX1的输入端1。转移量度b_pm直接馈送到多路复用器MUX1的输入端1，而其负值则馈送到输入端2。

如果转移量度b_mp的值是负的，即如果其最高有效位msb_mp等于1，那么负的b_mp值经过多路复用器MUX1的输入端1到达加法器ADD4的输入端1。如果转移量度b_mp的值是正的，即如果其最高有效位msb_mp等于0，那么b_mp值经过多路复用器MUX1的输入端2到达加法器ADD4的输入端1。

如果转移量度b_pm的值是负的，即如果其最高有效位msb_pm等于1，那么负的b_pm值经过多路复用器MUX2的输入端1到达加法器ADD4的输入端2。如果转移量度b_pm的值是正的，即如果msb_pm等于0，那么负的b_pm值经过多路复用器MUX2的输入端2到达加法器ADD4的输入端2。

在加法器ADD4的加法运算之后定义最小绝对值如下：估算加法器4输出之和的正负号。此处，它是该和的最高有效位msb_s。如果msb_s等于1，则转移量度b_mp具有最小绝对值。如果msb_s等于0，则转移量度b_pm具有最小绝对值。将和数的正负号、此处为msb_s存储到寄存器REG3中。

寄存器REG3的输出是来自合并判定单元5作为合并判定信号BR1并馈送到寄存器REG4的输出，寄存器REG4的输出是作为合并判定信号BR0的输出。

合并判定信号BR1和BR0判定输出到合并检测单元6的合并。在下列条件下判定合并：

如果BR1＝1，BR0＝0，这意味着当转移量度b_pm在最小转移量度b_mp之前时，见图1d，则出现正合并m+。

如果BR1＝0，BR0＝1，这意味着当转移量度在最小转移量度b_pm之前时，见图1d，则出现负合并m-。

如果(BR1＝0，BR0＝0)，或者(BR1＝1，BR0＝1)，这意味着当两个顺序最小转移量度相同、b_mp，b_mp或b_pm，b_pm，则出现无状态变化的合并m0。

图4示出合并检测单元6。合并检测单元6包括控制块8和交叉耦合移位寄存器SH_SP，SH_SM，它们构成路径量度存储器9。控制块8控制路径量度存储器9。

根据合并判定信号BR0，BR1表示的合并m0，m+，m-，控制块产生下列信号(图4)：

LD_SP：与SH_SM寄存器并行装载SH_SP寄存器；

LD_SM：与SH_SP寄存器并行装载SH_SM寄存器；

SHT_SP：将SH_SP寄存器的内容向右移位；

SHT_SM：将SH_SM寄存器的内容向右移位；

SHT_PM：将SH_SM和SH_SP寄存器的内容向右移位；

按下列方式控制这些寄存器：如果合并M0发生，即合并判定信号BR0和BR1具有相等的值，则同时将寄存器SH_SP和SH_SM移位，并在将“低”值输入到寄存器SH_SM的同时将“高”值输入到寄存器SH_SP。利用公知算子和条件，一种符合的算法为：

如果((BR1＝＝0)&&(BR＝＝0)||((BR1＝＝1)&&(BR0＝＝1))){

    对于(j＝0；j＜14；++j)  {

      sh_sp[14-j]＝sh_sp[13-j]；

      sh_sm[14-j]＝sh_sm[13-j]；

    }

    sh_sp[0]＝1；sh_sm＝0；

}

在合并m-的情况下，即如果“低”电平BR0＝0后跟“高”电平BR1＝1，从寄存器SH_SM加载寄存器SH_SP，同时将寄存器SH_SM移位并且两个寄存器均以“低”电平作为输入。一种符合的算法为：

如果((BR1＝＝1)&&(BR0＝＝0))  {

    对于(j＝0；j＜14；++j)sh_sp[j+1]＝sh_sm[j]；

    对于(j＝0；j＜14；++j)sh_sm[14-j]＝sh_sm[13-j]；

     sh_sp[0]＝0；sh_sm[0]＝0；

    }

在合并m+的情况下，即从“高”变换为“低”，从寄存器SH_SP装载SH_SM且将寄存器SH_SP移位。在这种情况下，两个寄存器均具有高电平输入。一种符合的算法为：

如果((BR1＝＝0)&&(BR0＝＝1))  {

    对于(j＝0；j＜14；++j)sh_sm[j+1]＝sh_sp[j]；

    对于(j＝0；j＜14；++j)sh_sp[14-j]＝sh_sp[13-j]；

    sh_sp[0]＝1；sh_sm[0]＝1；

    }

从寄存器SH_SP的最后一个单元[14]输出估算的位序列EBS。

本发明的最大似然检测器对输入信号幅度变化不敏感。它与阈值条件无关。当在最大似然检测器中仅计算两个转移量度时它具有简单的结构和简单的工作。至今用于计算绝对值的平方运算不通过本发明的转移量度计算实现。按照本发明，利用一些特性、像硬件算术系统的加法器、乘法器等来完成绝对值计算。上述正特性使ML检测器速度增大且硬件复杂性减小而不损失ML检测器功率。

本发明的一般构思也可应用于音频或视频CD以及DVD应用的采集部分以改进从记录介质、尤其是光记录介质读出的数据的检测。

Claims (8)

1.一种检测从通道信号(HF)接收的位流信号(EBS)的方法，包括下列步骤：

数字化从通道接收的信号，并输出数字通道信号(Y_k)；

计算所述数字通道信号(Y_k)的平均值(Am)；

通过从所述数字通道信号(Y_k)中减去所述平均值(Am)来计算数字信号(A_k)；

由所述数字信号(A_k)产生均衡信号(B_k)；

使用平均值(Am)和负平均值(-Am)，由所述均衡信号(B_k)产生第一转移量度(b_mp)和第二转移量度(b_pm)；

确定所产生的第一转移量度(b_mp)和第二转移量度(b_pm)的最小值(b_ml)；

由两个连续的最小值(b_ml(k)，b_ml(k+1))确定合并(m-，m+，m0)；以及

由连续合并(m-，m+，m0)产生位流信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于无须利用平方运算即可产生转移量度(b_mp，b_pm)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于仅相对状态变化转移计算转移量度(b_mp，b_pm)。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：确定最小转移量度(b_ml)包括下列步骤：将由所述第一转移量度(b_mp)产生的第一绝对值与由所述第二转移量度(b_pm)产生的第二绝对值相加，并且将所述相加运算结果的正负号作为最小转移量度(b_ml)的表示。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：如果第一转移量度的最高有效位被设置为高电平，则通过反转所述第一转移量度的最低有效位来产生所述第一绝对值；并且如果第二转移量度的最高有效位被设置为低电平，则通过反转所述第二转移量度的最低有效位来产生所述第二绝对值。

6.一种检测从通道信号(HF)接收的位流信号(EBS)的装置，包括：

限幅器(1)，计算数字通道信号(Y_k)的平均值(Am)；

减法器(2)，通过从所述数字通道信号(Y_k)中减去所述平均值(Am)来计算数字信号(A_k)；

均衡器，由数字信号(A_k)产生均衡信号(B_k)；

转移量度计算器(4)，使用平均值(Am)和负平均值(-Am)，由所述均衡信号(B_k)产生第一转移量度(b_mp)和第二转移量度(b_pm)；

合并确定单元(5)，根据由第一转移量度(b_mp)和第二转移量度(b_pm)确定的最小值(b_ml)来确定合并(m-，m+，m0)；以及

合并检测单元(6)，由连续合并(m-，m+，m0)产生位流信号(EBS)。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于转移量度计算器(4)包括两个加法器(ADD2，ADD3)，用于由均衡信号(B_k)及平均值(Am)和负平均值(-Am)之一，计算转移量度(b_mp，b_pm)。

8.如权利要求6或7所述的装置，其特征在于合并确定单元包括一加法器(ADD4)、两个多路复用器(MUX1，MUX2)和两个非门(10，11)，所述非门用于确定两个输入信号的最小绝对值。

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