CN1577566A - 用于自适应位恢复的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在恶化的数据通道中进行位恢复的方法和装置。根据本发明，用于数据通道中的位恢复的方法包括以下步骤：输入读通道信号(A_RDCH，D_RDCH)；提供从读通道信号(A_RDCH、D_RDCH)的自适应位恢复的主信号处理器(3)；提供从读通道信号(A_RDCH、D_RDCH)的位恢复的辅助信号处理器(10)；对于主信号处理器(3)的自适应使用辅助信号处理器(10)的输出(NRZ2)；以及输出已恢复的二进制位流(UD)。

Description

用于自适应位恢复的方法
技术领域
本发明涉及一种在恶化的数据通道中进行位恢复的方法或装置，并且还涉及一种使用该方法或装置从记录介质读取和/或向记录介质写入的设备。
背景技术
在现在的许多应用程序中，需要存储大量的数据。个人计算机领域以及作为固定存储介质的消费者电子硬盘和作为可移动存储介质的光盘领域都用于这个目的。由于出现增加数据带宽的要求(HDTV、快速复制)，应用程序的数据吞吐量持续的增加。从而，相应的磁盘装置也必须提供适当的数据和数据带宽。为此，已研发出多种高密度光记录介质，例如数字化通用光盘(DVD)或使用蓝色激光读取和记录的蓝光磁盘(BD)。
来自于这种高密度光盘的读出信号主要由于两个因素而恶化。第一个因素是最短游程长度码元和最长游程长度码元的幅度之间的小比率(例如，在BD情况下是I2/I8)，它是由高信息密度，也就是激光点直径和通道位的物理长度之间的比率所导致的。该比率由于诸如磁盘倾斜或散焦(de-focusing)的影响因而是随时间变化的。第二个因素是波形不对称，它是由于记录和/或控制不理想而引起的凹坑(pit)和凸区(land)的不相等的长度所导致的。这个不对称也称为区域模糊(domain bloom)。
在文献“Combined Adaptive Controlled Partial Response and MaximumLikelihood Signal Processing for High-Density Optical Disks(高密度光盘的组合的自适应控制的部分响应和最大似然信号处理)”Jpn.J.Appl.Phys.Vol 42(2003)，pp.924-930中，Takehara等人提出使用自适应均衡器和具有自适应参考电平的维特比检测器两者，以便允许高可靠性地恢复所存储的用户数据。但是，这两个自适应方案依赖于恢复的位流并且实际上是增益控制回路。因此，所述自适应难于控制并趋于不稳定。此外，该检测器结构在启动上存在问题，也就是它在自适应处理期间需要正确地预设置所有的系数以及需要复杂的范围检测。最后，仍需要存在的附加的自动增益回路构成对增益进行修改的第三回路。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于自适应位恢复的改善方法。
根据本发明，一种用于数据通道中的位恢复的方法，包括步骤：
输入读通道信号；
提供读通道信号的自适应位恢复的主信号处理器；
提供读通道信号的位恢复的辅助信号处理器；
对于主信号处理器的自适应使用辅助信号处理器的输出；以及
输出已恢复的二进制位流。
自适应电路的位流由附加的、更简单的但很耐用的信号处理器产生。以这种方式来分离相互作用的控制回路。由于辅助信号处理器为主信号处理器的自适应提供可接受的位出错率而不用进行任何调整，因此可避免启动问题。该自适应基本上是低通滤波处理，并因此不会受到偶尔的位错误的强烈影响。
有利地，自适应均衡器和自适应检测器被用于主信号处理器。这样使得即使读通道信号被高信息密度、诸如磁盘倾斜或散焦的影响、或者信号不对称所干扰，也能够很可靠地恢复所存储的用户数据。
有利地，自适应均衡器对于符号、零和空格具有不同的中间系数。这允许很好地补偿读通道信号中的可能的不对称性。在已知的系统中，只对于符号和空格使用不同的系数。对符号、零和空格使用不同的中间系数并不限于本发明，其同样可以用于改善从上述现有技术所知的方法或其他方法。
根据本发明的另一方面，来自于主信号处理器的数据流用于该主信号处理器的精密自适应。尽管这个精密自适应在标准条件下不是必需的，但是其可以有利于进一步改善信号质量或操作速度。
根据本发明的改进，来自于辅助信号处理器的数据流被用作为已恢复的二进制位流，直到从主信号处理器的输出为可靠的为止。在这种情况下，依赖于该自适应而使用多路复用器来选择适当的信号。将来自于辅助信号处理器的数据流用作已恢复的二进制位流减少了启动后直到从电路结构获得输出信号所需的时间。
有利地的是，将来自于辅助信号处理器的数据流用作高速操作的已恢复的二进制位流。对于高速读操作而言，主信号处理器由于其复杂的处理而显得太慢。在这种情况下，使用来自于辅助信号处理器的数据流。由于高速操作只可能具有良好的信号质量，所以该信号处理器对于这种情况是足够(sufficient)的。多路复用器用于根据操作模式来选择来自辅助信号处理器的数据流，或者来自主信号处理器的数据流。
有利的，限制均衡器块和逐位(bit by bit)检测器被用于辅助信号处理器。这种类型的信号处理器是众所周知的。尽管由辅助信号处理器所提供的位出错率不如正确地调整均衡器系数和维特比检测器参考电平之后的主信号处理器的位出错率好，但是其对于主信号处理器的自适应仍然是足够的。
有利的是，在辅助信号处理器的限制均衡器块的预均衡器和限制均衡器之间插入了限制器(slicer)。由于限制均衡器非常易受信号不对称的影响，所以插入这种附加限制器将在强不对称的情况下产生显著的性能改善。
根据本发明，提供一种用于数据通道中的位恢复的装置，其包括：
输入器件，用于输入读通道信号；
主信号处理器，用于读通道信号的自适应位恢复；
辅助信号处理器，用于读通道信号的位恢复，藉此将辅助信号处理器的输出用于主信号处理器的自适应；以及
输出器件，用于输出已恢复的二进制位流。
这种装置非常适于执行根据本发明的方法。较佳的，主信号处理器包括自适应均衡器和自适应检测器，其允许对所存储的用户数据进行高可靠性的恢复。为了补偿读通道信号中可能的不对称性，该自适应均衡器最佳地对于符号、零和空格具有不同的中间系数。
有利的是，辅助信号处理器具有限制均衡器块和逐位检测器。尽管与正确地自适应后的主信号处理器的位出错率相比较，这种辅助信号处理器的位出错率增加，但是对于主信号处理器的自适应仍然是足够的。通过在限制均衡器块的预均衡器和限制均衡器之间提供限制器，在强不对称的情况下显著地改善了性能。
根据本发明的另一方面，一种从记录介质读取和/或向记录介质写入的设备使用根据本发明用于数据通道中的位恢复的方法，或者该设备包括根据本发明用于数据通道中的位恢复的装置。较佳的，该设备用于从光记录介质读取和/或向光记录介质写入。但是，本发明并不限于这些类型的记录介质。
附图说明
为了更好地理解本发明，在随后的描述中将参考附图对示例实施例进行详细说明。应当理解本发明并不限于该示例实施例，并且在不背离本发明的范围的情况下，还可以方便地对所说明的特征进行组合和/或修改。在附图中：
图1示出了自适应检测器的结构；和
图2示出了根据本发明的检测器结构。
具体实施方式
在图1中，示出了自适应信号处理器3的结构。首先由可变增益放大器和偏移量加法器块1处理模拟读通道信号A_RDCH，该信号是光电检测器(未示出)的四个信号区的总和。可变增益放大器是一种具有可控增益因数的放大器。来自于记录介质的模拟信号A_RDCH由于例如指纹或划痕而在幅度和偏移量两者上发生变化。但是，当输入信号在幅度和偏移量上保持恒定时，自适应信号处理器3能够提供最好的性能，即最低的位出错率。为此，增益及偏移量控制功能块7改变可变增益放大器的增益并且将偏移量加入到输入信号A_RDCH中。通过模拟数字转换器2对增益及偏移量校正信号进行数字化，以获得数字化的读通道信号D_RDCH。将这个数字化的读通道信号D_RDCH输入到增益及偏移量控制功能块7，以形成闭合回路。使用与来自于记录介质的位流同步的变化时钟对模拟数字转换器2进行计时，或者以固定的时钟频率不同步地对其计时。在后者情况下，通过采样率转换器(未示出)对信号进行重新采样。为了简明的目的，在图中省略了整个锁相回路。在两种情况下，模拟数字转换器2之后的、数字化的读通道信号D_RDCH与通道信号位时钟同步，并且由于增益及偏移量控制回路的原因，其在幅度和偏移量上大体上是恒定的。
通过自适应均衡器4对数字化的读通道信号D_RDCH进行修改，并通过自适应维特比检测器5将其转换为二进制数据流UD，以作进一步的处理。自适应均衡器4改变输入信号D_RDCH的波形，使其与部分响应目标波形尽可能的相似。由于输入信号D_RDCH的频率特性对于不相同的记录介质、不同的记录、甚至在一个记录介质重放期间也会由于反射率的变化而不相同，所以使均衡器4是自适应的。均衡器4的系数由系数及参考电平自适应块6来计算，该自适应块较好地是众所周知的最小均方算法的硬件实现。实际上，这是一个将均衡器4的输出信号E_RDCH，即均衡的读通道信号作为实际值的反馈控制系统。从恢复的二进制位流UD，即来自自适应维特比检测器5的输出得到必要的目标值。使用有限脉冲响应滤波器将该位流UD转换为部分响应目标波形，该有限脉冲响应滤波器是所谓的目标滤波器。将均衡的信号E_RDCH提供给基本上与众所周知的维特比检测器相一致的自适应维特比检测器5。对光存储通道的维特比检测的主要问题是眼图(eye-pattern)的不对称性。所以，维特比检测器5的参考电平不是固定的，而是从系数及参考电平自适应块6获得的。Ide在“AdaptivePartial-Response Maximum-Likelihood Detection in Optical Recording Media”(光记录介质中的自适应部分响应最大似然检测)”Jpn.J.Appl.Phys，Vol.41(2002)，pp.1789-1790中对此进行了详细的描述。系数及参考电平自适应块6根据已恢复的二进制位流NRZ1，即自适应维特比检测器5的输出来适配参考电平。当然，可变增益放大器和偏移量加法器块1、模拟数字转换器2、以及增益及偏移量控制块7也可以包括在信号处理器3中。
图2示出了根据本发明的检测器结构。该结构大部分与图1所示的结构相对应。但是，在信号处理器3中，系数及参考电平自适应块6被分为系数自适应块9和参考电平自适应块8。主要的不同在于自适应电路的附加位流NRZ2由附加的、更简单但非常耐用的辅助信号处理器10来产生。该辅助信号处理器10包括限制均衡器块11和最好是阈值检测器的连续逐位检测器12。由于限制均衡器非常易受信号不对称的影响，所以在限制均衡器块11中的预均衡器和实际限制均衡器之间插入了附加的限制器(未示出)。这样在强不对称的情况下产生显著的性能改善。尽管由辅助信号处理器10提供的位出错率不如在正确调整均衡器系数和维特比检测器参考电平之后来自于主信号处理器3的位出错率好，但是由于所述自适应基本上为低通滤波处理并因此不会受到偶尔的位错误的强烈的影响，所以其对于主信号处理器3的自适应仍然是足够的。当然，如图1中一样，在基于辅助信号处理器10的输出NRZ2的初步自适应之后，仍然能够使用主信号处理器3的输出NRZ1用于主信号处理器的精密自适应。
对于高速读操作而言，主信号处理器3由于其复杂的处理而显得太慢。在这种情况下，将来自辅助信号处理器10的数据流NRZ2有利地用作用户数据输出信号UD。由于高速操作只可能具有足够的信号质量，所以信号处理器10对于这种情况是合适的。多路复用器14用于根据操作模式来选择来自于辅助信号处理器10的数据流NRZ2或来自于主信号处理器3的数据流NRZ1。当然，如果可以容许位出错率增加，则这个方法同样是可适用的。
最好地，维特比检测器5具有数量为3的约束长度和数量为16的路径存储器长度。对于蓝光磁盘类型的记录介质而言，对PR(1、2、2、1)或PR(2、3、3、2)进行部分响应均衡自适应。PR(1、2、2、1)具有目标电平被均匀地间隔开的优点。但是相对于PR(2、3、3、2)，在这种情况下需要更强地放大(boost)2T个码元，即对于具有5％的I2pp/I8pp比率的25G字节类型的蓝光磁盘的更坏情况是1 3dB而不是10dB。PR(2、3、3、2)在另一方面需要以更高频率的更强放大，而且还存在目标电平不均匀地间隔开的缺陷。对于DVD而言，有利地使用PR(1、1、1、1)。
均衡器4由具有7个或更多的抽头(tap)的对称有限脉冲响应滤波器和最小均方系数自适应组成。中间的抽头较佳地具有用于符号、零和空格的分开的系数，其非常好的补偿了不对称性。

Claims (12)

1、一种用于数据通道中的位恢复的方法，包括步骤：
输入读通道信号(A_RDCH、D_RDCH)；
提供读通道信号(A_RDCH、D_RDCH)的自适应位恢复的主信号处理器(3)；
提供读通道信号(A_RDCH、D_RDCH)的位恢复的辅助信号处理器(10)；
为主信号处理器(3)的自适应使用辅助信号处理器(10)的输出(NRZ2)；以及
输出恢复的二进制位流(UD)，
其特征在于：该方法进一步包括对于辅助信号处理器(10)使用限制均衡器块(11)和逐位检测器(12)的步骤。
2、根据权利要求1所述的方法，进一步包括步骤：对于主信号处理器(3)使用自适应均衡器(4)和自适应检测器(5)。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：自适应均衡器(4)对于符号、零和空格具有不同的中间系数。
4、根据权利要求1至3所述的方法，进一步包括步骤：对于主信号处理器(3)的精密自适应，使用来自于主信号处理器(3)的数据流(NRZ1)。
5、根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的方法，进一步包括步骤：使用来自于辅助信号处理器(10)的数据流(NRZ2)作为已恢复的二进制位流(UD)，直到来自主信号处理器(3)的输出是可靠的。
6、根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的方法，进一步包括步骤：使用来自于辅助信号处理器(10)的数据流(NRZ2)作为高速操作的已恢复的二进制位流(UD)。
7、根据权利要求1的方法，进一步包括步骤：在辅助信号处理器(10)的限制均衡器块(11)的预均衡器和限制均衡器之间使用限制器。
8、一种用于数据通道中的位恢复的装置，包括：
输入器件，用于输入读通道信号(A_RDCH、D_RDCH)；
主信号处理器(3)，用于读通道信号(A_RDCH、D_RDCH)的自适应位恢复；
辅助信号处理器(10)，用于读通道信号(A_RDCH、D_RDCH)的位恢复，藉此将辅助信号处理器(10)的输出(NRZ2)用于主信号处理器(3)的自适应；以及
输出器件，用于输出已恢复的二进制位流(UD)，
其特征在于：所述辅助信号处理器(10)包括限制均衡器块(11)和逐位检测器(12)。
9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于：主信号处理器(3)包括自适应均衡器(4)和自适应检测器(5)。
10、根据全利要求9所述的装置，其特征在于：自适应均衡器(4)对符号、零和空格具有不同的中间系数。
11、根据权利要求8所述的装置，其特征在于：在辅助信号处理器(10)的限制均衡器块(11)的预均衡器和限制均衡器之间提供限制器。
12、一种用于从记录介质读和/或向其中写的设备，其特征在于该设备使用根据权利要求1至7中的任一权利要求所述的用于数据通道中的位恢复方法，或者该设备包括根据权利要求8至11中的任一权利要求所述的用于数据通道中的位恢复的装置。
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