CN1574046A - 高密度光记录介质的摆动信号的解调 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于解调光记录介质的摆动信号的ADIP数据、由此使用两种不同的方法调制该摆动信号的方法，并且还涉及一种采用这种方法从光记录介质中读取和/或写入光记录介质的装置。根据本发明，这种方法包含以下步骤：恢复摆动信号的载波；基于所恢复的载波来解调摆动信号；以及提供二维MSK滤波器来检测摆动信号中的MSK标记。

Description

高密度光记录介质的摆动信号的解调

技术领域

本发明涉及一种用于解调光记录介质的摆动信号的ADIP数据的方法，并且涉及一种采用该方法从光记录介质中读取和/或写入光记录介质的装置。

背景技术

例如，在用于从具有摆动轨道的光记录介质中读取和或写入光记录介质的装置中，使用这些方法来从摆动轨道获得地址信息(ADIP信息，预制槽中的地址)或利用摆动频率来产生写时钟。

通常，在光盘形式的并适于读取和写入的光记录介质中，其磁道由代表隔行扫描螺线或同轴圆周形成的。尤其对于适于写入的光记录介质，为了在介质上确定具体位置其轨道又以一种特定地形式摆动。这就意味着这种轨道并不近似于一条直线，而是一条螺线。例如，这种螺线的形状能够包含地址信息，其用于在这种光记录介质上确定一个具体位置。可以采用多种方法编码，例如频率调制或相位调制。此外，摆动信号也可用于获得转速信息或用于预先设置写数据的速率。

对于高密度的光记录介质，提出在一种以混合方式采用两种方法来调制摆动信号：最小移频键控余弦变量(MSK-cos)和谐波调制波(HMW)。只有某些摆动周期是可调的。大多数摆动周期是单调摆动(MW)。MSK-cos方法主要用于ADIP单元同步，用一个MSK标记代替三个摆动周期，如图1所示。MSK标记表明ADIP单元的开始或者用于同步或数据识别。HMW方法主要用于ADIP数据。以较低的振幅水平将摆动基频的二次谐波加到摆动中。它的相位与摆动基频正交并且根据ADIP位进行双相调制，如图2所示。

这两种方法并不单独用于同步和ADIP信息，如图3所示，图3示出了不同的单元出现在一个ADIP字中。一方面，在ADIP字中的不同的位置加上另一个MSK标记，数据0单元加在第14、15和16摆动周期，数据1单元加在第12、13和14摆动周期。因此，MSK标记也能够用于ADIP数据解调。另一方面，某些ADIP单元，即所谓的参考单元，也有二次谐波摆动频率。在这种情况下，二次谐波具有固定的相移，因此参考单元能够用于ADIP半字节的同步。

由于上述摆动信号的调制是新问题，因而可靠的摆动信号的解调方法几乎是未知的。可以采用从先前用于频率或相位解调的技术中得出的典型方法，但很难将两种方案适当的合并。如果只是采用纯粹的频率解调或纯粹的相位解调，那么信号能量的主要部分就会丢失。这将导致不希望有的性能下降。

在日本专利申请物理卷42(2003)，第915-918页，由Kobayashi等人提出了一种用于检测MSK标记和HMW锯齿形摆动的方法。一种由载波乘法器，积分器和采样保持元件组成的外差电路用于这种情况。在乘法器中将摆动信号与基频载波余弦相乘以检测MSK标记。另一方面，将它与二次谐波的载波正弦相乘以检测HMW锯齿形摆动。然而，所提出的方法仅使用一小部分的可用信号能量。

发明内容

因此，本发明的一方面是提出一种可靠的摆动信号的解调方法，而这种方法克服了上面提到的问题。

根据本发明，一种用于解调光记录介质的摆动信号的ADIP数据、由此用两种不同的方法调制摆动信号的方法，包含以下步骤：

恢复摆动信号的载波频率；

基于所恢复的载波频率来解调摆动信号；和

提供二维MSK滤波器用于检测摆动信号中的MSK标记。

通过锁相环路来有利地恢复载波频率。然后其相位可用于ADIP数据的相干解调。与基于频率检测的非相干解调方案相比，这种方案大约改善了三分贝。二维MSK滤波器比其他已知检测器具有更好的性能，例如，局限于摆动信号的基频的两相检测器。精练一下，解调基于被恢复的载波信号的摆动信号的步骤包括将被调制信号下变换到基带，即与载波频率相关的频率，并解调下变换的信号。

有利的，这种方法被应用于采用最小移频键控(MSK)法和谐波调制波法调制的摆动信号。由于这种摆动调制法是针对高密度光记录介质提出的，因此能够解调这类摆动信号的方法将变得非常重要。

有利的，使用MSK解调和HMW解调的组合来解调下变换的信号，这种组合基于MSK标记的位置。为了使错误率降到最小，值得采用尽可能多的信号能量来检测ADIP数据位。检测可以采用MSK标记的位置，或者采用二次谐波的相位。然而，采用这两种调制方法可以取得最佳的结果。为此，要将MSK滤波检测器的采样输出与HMW累加器的采样输出适当地混合。

根据发明的另一方面，将被调制信号下变换到基带的步骤包括采用三条截然不同的相关路径。其中两条相关路径用于产生检测MSK标记所必需的信号。第三条相关路径产生一个允许依照HMW方法来检测调制的信号。

最好是，三个不同的相关路径与同相载波、载波的二次谐波、以及载波的1.5倍频分别相关。为了检测依照所提出的MSK和HMW方法调制的摆动信号，这些频率是必需的。当然，依赖于具体的调制，其他频率也是适合的。

有利的，至少其中的两条相关路径要共享元件。这就导致了实现成本的下降(从硅领域的角度来讲)。共享的元件可能是正弦/余弦波发生器、乘法器以及积分和转储单元。

有利的，通过一种用于光记录介质的解调摆动信号的ADIP数据从而采用两种不同的方法对摆动信号进行调制的装置来执行根据本发明的方法。

有利的，通过一种用于从光记录介质中读取和/或写入光记录介质的装置来执行根据本发明的方法用于摆动信号的解调。这样的装置与仅用纯粹的频率解调或纯粹的相位解调的装置相比性能提高了，因为几乎没有任何信号能量的损失。

附图说明

为了更好地理解本发明，在下面参考附图的描述中详细说明了一个示例性实施例。应当理解，本发明并不局限于这个实施例，并且在不背离本发明的范畴的情况下，也可以方便地组合和/或修改所详细说明的特征。其中：

图1示出了摆动信号中的一个MSK标记；

图2示出了摆动信号中的HMW锯齿形摆动；

图3描述了在不同的ADIP单元中MSK标记和HMW锯齿形摆动的同时使用；

图4以图解的形式示出了依照本发明的相干解调器；

图5示出了一个基带解调器的方案；和

图6示出了一个简化的相干解调器。

具体实施方式

图4示出了根据本发明的相干解调器1。对于解调器1的设计需要考虑以下两个方面：

a)MSK标记只占用时间复用的一小部分。对于所给的例子，MSK标记占用ADIP单元的全部56个摆动周期中的最大值为9个的摆动周期。

b)HMW调制不改变摆动信号基频的相位，并且只分配一小部分能量给二次谐波频率。

因此，能够恢复基频载波的相位，并且能够将它用于ADIP数据的相干解调。与基于频率检测的非相干解调方案相比，这就改善了3分贝。通过锁相环路PLL 2可以地恢复载波并且它的相位可用于解调。

当然，数据调制对于锁相环路2的干扰问题限制了相干解调器的性能。然而，这种限制并不严重。此外，可以通过在锁相环路中适当的窄带滤波或其他可行的方法来克服这个问题。

图4中的方框图代表解调器1，它包括锁相环路2、下变换器3和基带解调器4。下变换器3将已调制的数据转换到基带。下变换器3包括3条支路31、32、和33。每一条支路是多个摆动周期的相关器。第一条支路31与同相载波相关，第二条支路32与二次谐波频率相关，以及第三条支路33与MSK标记的1.5倍频相关。图中，符号ωt代表2πfwobt。

考虑到数字实现问题，采用数控振荡器(DCO)21来代替压控振荡器(VCO)。通过计算(如通过Cordic算法)或查表来生成同相和正交的正弦曲线波形。积分和转储块34、35和36是具有采样保持的可重置的累加器。每个相关器的输出数据速率与摆动频率相等。

假定锁相环路2的延迟可以忽略不计，即余弦输出产生的恢复频率恰好与输入摆动信号的基频同相，则很容易分析下变换器3的工作情况。例如，再假定摆动周期标准化为1，摆动振幅等于1，并且在解调器1中产生的正弦曲线波形的振幅(基频和1.5倍频)等于2，在解调器1中产生的二次谐波的振幅等于0.5，即基频振幅的1/4。以下所有数字都是基于该示范值的。采用其他值，会得到不同的数字。结果，理想情况下，当接收到相同相位的相同频率时，相关器的输出等于1，当接收到有180度相移的相同频率时，相关器的输出等于-1，其他情况下相关器的输出等于0。当然，在实际情况下会得到中间值。当一个MSK标记到达时，信号11和I1h由如下表1中的数据流给出：

	MW	MW	MW	MSK	MSK	MSK	MW	MW	MW
										I1	1	1	1	0	-1	0	1	1	1
I1h	0	0	0	1	0	-1	0	0	0

当一个HMW标记到达时，I2等于1/16，其他时刻总是为0。

图5示出了基带解调器4的一个方案，基带解调器4处理基带信号以检测合适的数据同步并识别ADIP字的位值。基带解调器4包括以下基本块：

1.MSK滤波器5

2.HMW累加器6

3.时间发生器7

4.同步检测器8

5.ADIP位检测器9

考虑由于输入噪声引起的能量损失，MSK滤波器5对信号I1和信号I1h进行适当滤波，以提高在ADIP单元内0-55摆动周期内的MSK相位的检测。

HMW累加器6通过在几个摆动周期，准确地说是摆动周期18-54对基带信号积分来改善HMW解调的噪声抑制。为此它需要适当的定时。

时间发生器7包括两个计数器，也就是锁定ADIP单元的摆动计数器[0-55]和锁定ADIP字的ADIP单元计数器[0-82]。此外，时间发生器7提供其他部分所必需的所有的定时信号。这些信号是上述计数器的适当的布尔组合。

为了将时间发生器7锁定ADIP单元和ADIP字，同步检测器8执行同步处理。

ADIP位检测器9对MSK滤波器5和HMW累加器6的输出采样，以获得MSK标记的振幅和谐波的振幅。

为了适当地检测MSK标记，适当的滤波器5显著地改善了性能。没有该滤波器5，作为一个不重要的方案，ADIP单元同步检测器8将通过分析信号I1的负峰值来识别MSK标记。实际中，考虑到锁相环路2的限制和输入端的噪声，同样也采用信号I1h来改进这种方案，因为与上面提到的微不足道的方案相比有用信号的能量增加(加倍)了。

将滤波器的长度限制在三个摆动周期，普通的二维滤波器有如下形式：

                   f11   f12   f13

                F＝

                   f1h1  f1h2  f1h3

为了取得最大的信噪比，可以采用ML(最大似然性)检测来解决滤波器参数的最佳选择问题。

考虑到上面表1示出的数据流，滤波器5有输入信号I1和I1h的6种可能的取值。它们是：

     1   1   1

 W＝                        当输入仅具有单调摆动时

     0   0   0

     0   -1  0

M0＝                        当输入恰好对应于MSK标记时

     1   0   -1

     1   0   -1

M1P＝                       MSK标记前的一个摆动周期

     0   1   0

     -1  0   1

M1M＝                       MSK标记后的一个摆动周期

     0   -1  0

     1   1   0

M2P＝                       MSK标记前的两个摆动周期

     0   0   1

     0   1   1

M2M＝                       MSK标记后的两个摆动周期

     -1  0   0

由于噪音的缘故，收到的摆动信号R可以表示成R＝S+N，其中

                     r11   r12   r13

                  R≡

                     r1h1  r1h2  r1h3

                     n11   n12   n13

                  N≡

                     n1h1  n1h2  n1h3

               S∈{W，M0，M1Ｐ，M1Ｍ，M2P，M2M}

忽略M1P、M1M、M2P和M2M，滤波器5将只能区分W和M0。因此，最大值似然性MSK标记检测器应当通过测量接收到的信号R到W和MO的欧几里得距离来判断是W还是M0。这种判断是基于最小距离的。这种判断相当于测量差值M0-W的关系，因此最佳的滤波器MF应当与M0和W两值之差相匹配：

其中tr代表“时间转置”。考虑到表1中的输入串，这种匹配滤波器给出了如下表2总结的结果：

	MW	MW	MW	MSK	MSK	MSK	MW	MW	MW
										MF	4	4	4	4	0	-4	0	4	4

在-4的峰值对应于MSK标记的结束。显然能够通过搜索在-4的峰值来检测MSK标记的位置。

上述滤波器5的输出将检测到W而不是MO和其他值的可能性最小化。图3中在滤波器5的输出端的信号看起来像是MSK标记。在有MSK标记的地方信号是0-4 0，有一个摆动周期的延时，其他地方等于4。

同步检测器8接收MSK滤波器5的输出并通过适当的方式预先加载时间发生器7的两个计数器来管理它们。

对于同步检测器8，可以设想几种不同复杂度的解决方法。根本地，同步检测器8是一个与MSK标记检测器相结合的状态机。MSK标记检测器是一个阈值检测器，当信号小于阈值-2时，它检测MSK标记。状态机的输入是时间发生器计数器和检测到的MSK标记的地址。状态机的主要状态如下：

·复位：当发现MSK标记时，它预先将2装入摆动计数器中并跳转到ADIP单元锁定状态

·ADIP单元锁定：当下一个MSK标记到来时，它分析摆动计数器的地址

-如果地址是12或14或2，它只是确认这种状态

-如果地址是16或18或20或22，它适当地预先加载ADIP单元计数器

-其他情况下它将2预先加载到ADIP单元计数器中

·ADIP字锁定：检验MSK标记是否出现在预期的时刻。

更复杂的方法避免错误的MSK标记检测是可行的，但是在硅领域中它们需要更高的实现成本。

为了将出错概率降到最小，值得将尽可能多的信号能量用于ADIP数据位的检测。检测可以采用MSK标记的位置或二次谐波的相位。最佳的检测器通过将在摆动编号14和16处的MSK滤波器5的采样输出与HMW累加器在54位置的采样输出适当地混合来采用上述两者。来自MSK滤波器5和HMW累加器6的信号的振幅必须平衡，使MSK滤波器5和HMW累加器6的影响标准化。对于MSK滤波器5，系数的平方和等于8。对于HMW累加器6，积分器的长度等于37。因此，信号分别被 和 除。当然，其他加权因子也是可能的。整个检测器的能量根据以下加权在3条路径中分配：对于MSK路径为32，对于HMW路径为37。最后，为了将错误概率最小化，以最优的方式将加法器10与3条路径合并。

考虑到第二条I路径(1.5)和第三条路径(2)不同时使用，在一个有利的实施例中，如图6所示用一个相干解调器达到了实现成本(从硅领域角度)的降低。在这个实施例中，正弦/余弦发生器、乘法器以及积分与转储单元对两条路径来说是相同的。时间发生器产生一个适当的信号用来在两种不同的功能间切换：如果输入乘以1.5或2并被平移π个单位，以及输出乘以2或0.5，则采用一个独特的发生器来实现这两种功能。当然，这种方法暗示ADIP字同步是可以实现的。因此，开始时选择2·cos1.5用于搜索MSK标记，然后在ADIP信息同步之后采用切换。

Claims (9)

1.一种用于解调光记录介质的摆动信号的ADIP数据、由此采用两种不同的方法来调制该摆动信号的方法，包括以下步骤：

恢复所述摆动信号的载波；和

基于所恢复的载波来解调所述摆动信号，

其特征在于所述方法进一步包含采用二维MSK滤波器来检测所述摆动信号中的MSK标记的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所恢复的载波来解调所述摆动信号的步骤包括将所调制的数据下变换成基带并解调下变换的数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述方法适用于采用最小移频键控(MSK)法和谐波调制波(HMW)法调制的摆动信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用MSK解调与HMW解调的组合来解调下变换的数据，所述组合基于MSK标记的位置。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于将所调制的数据下变换成基带的步骤包括采用三条不同的相关路径(31，32，33)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述三条不同的相关路径(31，32，33)分别相关于同相载波、载波的二次谐波、以及载波的1.5倍频。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于所述相关路径(31，32，33)的至少两条路径共享元件。

8.一种用于解调光记录介质的摆动信号的ADIP数据、由此采用两种不同的方法来调制该摆动信号的装置，其特征在于所述装置执行根据权利要求1至7中任一项的方法。

9.用于从记录介质读取和/或写入记录介质的设备，其特征在于所述装置采用根据权利要求1至7中任一项的方法或包括根据权利要求8的用于摆动解调的装置。

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