CN1689235A - 比特检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测在记录载体上存储的信道数据流的各比特的比特值的比特检测方法，其中，信道数据流驻留在一个N维的比特网格中并且包含多个邻接的比特单元，每个比特单元包含至少一个比特，其中，对信道数据流的比特检测是通过一个迭代程序执行的，每次迭代都是基于所述比特单元执行的，其中，比特单元的各比特的比特值被所述迭代程序根据所接收的所述比特单元的各比特的HF信号值检测。所提出的方法包含一个初始化步骤、一个更新步骤和迭代，使得该方法以迭代但非递归的方式检测比特，这允许实现方式中的高度并行处理。在所提出的比特检测方法中，使用一个基于为包括多个比特的比特单元的每个比特所接收的HF信号和参考HF信号的差的评估标准，其中，参考HF信号取决于要被更新的比特的比特值以及该比特的各相邻比特，所述相邻比特的比特判定已经在在先的迭代步骤中被使用。因此，可以实现特别是二维光学存储的高容量，这显著地改善了阈值检测器的性能。因此，按照本发明的比特检测方法不禁止以高数据速率为目标的实现方式。

Description

比特检测方法和装置

本发明涉及一种用于检测在记录载体上存储的信道数据流的各比特的比特值的比特检测方法。此外，本发明涉及一种对应的比特检测器、一种用户数据流的再现方法、一种对应的再现装置和用于实现所述各方法的计算机程序。特别地，本发明涉及一种用于被以二维方式写在诸如光盘或存储卡的记录载体上的信息的比特检测方法。

欧洲专利申请01203878.2公开了一种用于多维地编码和/或解码去往/来自一个网格(lattiee)结构的信息的方法和系统，该网格结构代表所述编码的信息在至少二维中的信道比特位置。编码和/或解码是通过使用一种准最密堆积的(close-packed)网格结构而进行的。对于三维编码和/或解码的情况来说，优选使用一个(准)六边形最密堆积的(hcp)网格结构。在三维中的另一个可能性是使用一个(准)面心立方体(fcc)网格结构。对于二维编码和/或解码的情况来说，优选使用一个(准)六边形的网格结构。在二维中的另一个可能性可能是使用一个准正方形的网格结构。为了更简单清楚地说明本发明的目的，对二维的情形给予特别的注意。更高维数的情形和一维的情形，可以以二维的情形的或多或少地直接的扩展的形式导出。

在光盘上的一维记录中，信道数据流的信道比特沿着一条螺旋轨道(track)被记录，该螺旋(spiral)是一比特宽的。对于二维的记录来说，信道数据流的信道比特也可沿着一条螺旋被记录，但是该螺旋是个宽的螺旋，它由若干比特行组成，各比特行互相在径向方向上对准，即在与螺旋方向正交的方向上对准。

本发明的一个目的是提供一种提供高记录密度的比特检测方法，特别是使得传统的眼图(eye pattern)的“眼”甚至可以被关闭。传统的眼图中的“眼高”(eye height)，对应于比特具有值“0”的情况时的信号电平与比特具有值“ 1”的情况时的信号电平的系统最小差。“张开的眼”(open eye)的意思是，(平均起来或者没有任何噪声时)对应比特“0”和对应比特“ 1”的信号电平能被清楚地区别：在这种情况下，可以使用一种具有适当设置的限幅电平(slicer level)的阈值检测程序。“关闭的眼”对应于有些信号电平即使在没有噪声存在时也不能被明确地分配为比特“0”或比特“1”的情形。在后一种情况中有一个信号电平的范围，称作擦除区(erasure zone)，在这里，对应比特“0”和比特“1”的信号电平重叠。

本发明的另一个目的是达到低的误比特率(bit error rate)，通过在ECC解码之前应用一种直截了当的阈值检测，对于“关闭的眼”的情形来说所将达到的该误比特率特别地小于10^-2至10^-1。优选地，如在DB(Blu-ray蓝光盘格式，以前称作DVR)中所用的警戒ECC(picket-ECC)那样的面向字节的ECC的情形中，随机错误的误符号率或误字节率(BER)不应大于2×10^-3；对于未编码的信道比特流来说，这对应于一个允许的信道误比特率(bER)的上限2，5×10^-4。

按照本发明，这些目的是通过如权利要求1中所要求的比特检测方法实现的，按照这个方法，信道数据流驻留在一个N维的比特网格中，并且包含多个邻接的比特单元，每个比特单元包含至少一个比特，其中，对信道数据流的比特检测是通过一个迭代程序进行的，每次迭代都是根据所述比特单元执行的，其中，所述比特单元的各比特的比特值被所述迭代程序根据所接收的所述比特单元的各比特的HF信号值检测，所述方法包含：

-初始化步骤，用于根据所述比特的HF信号值获得所述比特单元的各比特的初步比特判定(preliminary bit decisions)；

-更新步骤，用于通过搜索要被更新的所述比特单元中的最满足对于要被更新的所述比特单元的预定标准的各比特中的每一个的比特值，来更新要被更新的所述比特单元的各比特的比特值，所述标准是由要被更新的所述比特单元的每个单一比特的HF信号值与一个参考HF信号值之间的差决定的，其中，所述参考HF信号值是由要被更新的所述比特单元中的所述单一比特的比特值以及由所述单一比特的备相邻比特的比特值决定的；以及

-用于迭代所述更新步骤直到满足一个预定条件的迭代。

这些目的进一步由如权利要求17中所要求的比特检测器实现，该比特检测器包含适当的初始化装置、更新装置和迭代装置。

本发明进一步涉及一种用户数据流的再现方法，该用户数据流是被纠错码编码和调制码编码成一个信道数据流并被存储在一个记录载体上的，该方法包含一个如上所述的用于检测所述信道数据流的各比特的比特值的比特检测方法以及一个调制码解码方法和一个纠错码解码方法。此外，本发明还涉及一种如权利要求21中所要求的再现装置和一种如权利要求22中所要求的计算机程序。本发明的优选实施例在从属权利要求中限定。

本发明根据的构思是以一种迭代的(iterative)但并非递归的(non-recursive)方式实现比特检测方法，这允许在实现中有高度的并行处理。作为参照，在1D存储应用中有时使用的PRML类型(部分响应最大似然性partial-response-maximum-likelihood)的比特检测器通常以递归的方式运行。因此，对于本发明的非递归的比特检测器来说，可以实现特别是二维光学存储的高容量，这充分地改善阈值检测器的性能。因此，按照本发明的比特检测方法不禁止以高数据速率为目标的实现方式。优选地，该比特检测器方法进行联合比特检测(这优选地用于各向同性的二维符号间干扰(ISI))，因此既进行切线方向的又进行径向方向的比特检测。此外，把纠错编码也考虑在内，对于高密度可以达到实现存储信道的所需的可靠性所要求的低的信道误比特率水平。

按照本发明，形成包含至少一个比特的比特单元。在所述迭代程序中确定该至少一个比特的比特值。在第一初始化步骤中，例如通过一个阈值检测，获得所述比特的初步比特判定，而在随后的更新步骤中，根据所述至少一个比特的HF信号值和被保存在存储器中一个参考HF信号值集合中的一个或多个参考HF信号值，对所述初步比特判定进行更新。为二维比特网格上的每个可能的比特配置定义一个参考HF信号电平，其中网格所述比特配置被表示为(典型的)比特簇(cluster)。一个簇例如可以由一个中心比特和若干个相邻比特组成。对于一个7比特簇来说，除了中心比特外，有6个最近的相邻比特。

对于比特单元的每个单一比特，将用一个预定的评估标准确定最可能的比特值。所述确定是通过使用比特单元本身的各比特的比特值以及通过使用比特单元的各相邻比特的比特值获得的。这是有益的，因为各相邻比特或作为相邻比特单元的一部分的至少一些相邻比特，已经在在先迭代中被更新过，因此比该比特单元本身的各比特更加可靠，并且它们可以进一步包括一个信息，与被检测的HF信号值相结合，该信息允许对该比特单元的各比特的比特值的更加精确的确定。所述迭代一直进行到满足一个预定的条件，例如直到进行了预定次数的迭代，或者直到应当导致所确定的比特值的改善的预定评估标准的改善在最后的迭代期间仍未实现。

阈值检测的应用对于针对二维光学存储的高容量的系统来说将不产生所需要的低误比特率。因此，本发明的比特检测器将为高容量的系统产生高可靠性(具有低误比特率)，并且，因为所述比特检测器的非递归特性，它们也允许达到一个高的数据速率，因为能以很大程度上并行的方式实现处理。

如果其比特值要在更新步骤中被确定的比特单元包含一个以上的比特，则所述比特单元的所有可能的比特模式都必须被评估。对于这些可能的比特模式中的每一个，所述比特的比特值按照现有的比特模式被设置。因此，要被更新的比特单元的每个比特都有其自己的相邻比特，由此，它们中的一些可能是要被更新的比特单元的所有比特的相邻比特。此外，某特定比特的一个或多个相邻甚至可能是要在同时被更新的相同的比特单元的另一个比特。优选地，在迭代程序的一个在先更新步骤中(优选地在前一个更新步骤中)确定不是要被更新的比特单元的一部分的相邻比特的比特值，而作为要被更新的比特单元的一部分的相邻比特的比特值，被认为等于适用于要被更新的比特单元的正在被评估的当前比特模式的对应比特值。

按照另一个优选实施例，初始化步骤的初步比特判定是通过利用一个限幅电平的阈值检测获得的。所述阈值检测以对于某特定比特所检测的HF信号值为根据。

可以选择要在所述更新步骤中满足的不同标准。一个优选实施例采用一个由比特单元中的所有的比特的和所确定的标准，所述和包含比特单元的每个单一比特的HF信号值和一个参考HF信号值的平方差。因此，总共确定2ⁱ个和，每个可能的比特单元一个，i是比特单元中的比特的个数。产生最低的和的值的比特单元，将被选择作为比特检测方法的当前迭代的结果。或者，所述和包含所述比特单元的每个单一比特的HF信号值与一个参考HF信号值之间的差的绝对值。

总的来说，本发明可应用于多维代码，其中信道数据流的信道字对于基于轨道的系统(即沿螺旋轨道的光学记录载体)可以在无限范围的一维方向上展开。另一方面，信道数据流的信道字可以在一个以上的方向上展开，如在基于卡的系统中的那样。第一优选应用是在3维编码中，其中的比特位于一个3维的比特位置网格上。然而，优选的是把本发明应用于这样一种信道数据流，其包含一个一维地展开的比特序列，或者其包含一个信道带，该信道带至少有两个沿第一方向一维地展开、并且沿与第一方向正交的第二方向互相对准的比特行，所述两个方向构成一个二维的比特位置网格。后一种情况的优选实施例在权利要求8至15中限定。

如已经所述的那样，比特单元可以包含一个或多个比特。在一个简单的情形中，每个比特单元只包含一个比特。于是，所述单一比特的比特值优选地是通过一个使用一个经适配的限幅电平的阈值操作而确定，该限幅电平被设定为对应所述单一比特具有比特值0的情形的第一参考HF信号电平与对应所述单一比特具有比特值1的情形的第二参考HF信号电平的和的一半。所述参考HF信号电平与相邻比特的比特值有关。相邻比特的所述比特值已经已经在一个在先迭代中被确定。与限幅电平独立于相邻比特的标准限幅的使用相对，还附加地使用来自相邻比特的信息，这将允许以更高的可靠性判定要被更新的比特单元的该比特的比特值是0还是1。

按照其它的优选实施例，信道数据流的各比特被安排在一个二维的六边形或正方形网格上，并且每个比特单元包含两个或三个比特。

按照本发明的比特检测可以顺序地或者并行地实现。采用顺序实现方式的优选实施例在权利要求13和14中限定。其中，阈值检测和比特的更新优选地是在一个检测窗口内逐个比特列地进行，而在每个比特列中，比特值是按照从比特列的最外面的比特开始到比特列的最里面的比特结束的“锯齿形”顺序确定的。这个程序一直继续，直到达到检测窗口的最后的比特列，之后，检测窗口在代码沿包含至少两个比特行的螺旋轨道展开的方向上移位。

或者，也可以对于若干个比特列并行地对要被更新的比特单元的各比特的比特值进行更新。这样的并行实现方式对于可获的数据速率来说可能是有益的。

按照一个优选实施例，也可以从所提出的比特检测器的比特检测器单元中获得软判定信息或可靠性信息，这个软判定信息可以被用于后继的、例如turbo解码或LDPC(低密度奇偶校验)解码的迭代解码程序。

按照本发明的比特解码器及其优选实施例在权利要求17至19中限定。在权利要求19的实施例中，比特检测器需要N个比特时钟时刻(时钟1)来实现下一个比特更新，它被以一个N倍低的时钟(时钟2)定时到一个用于存储比特矢量的第二阵列的一个后继寄存器中。

现在将参照附图解释本发明，附图中，

图1表示一个编码系统的总体布局的框图；

图2表示一个指示一种基于带的(strip-based)二维编码方案的示意图；

图3表示一个用于六边形网格上的二维代码的示意性信号模式；

图4表示一个用于第一密度的原始(raw)标量衍射信号模式；

图5表示一个用于第二密度的原始标量衍射信号模式；

图6表示一个用于第三密度的原始标量衍射信号模式；

图7表示两个电平在错误区重叠的示意信号模式；

图8表示一个迭代硬判定(hard-decision)比特检测器的示意图；

图9表示一个如用于单一比特迭代硬判定比特检测的六边形比特簇；

图10表示由最近的邻居决定的阈值检测；

图11表示包含一个、两个或三个中心比特的不同比特单元；

图12表示用于包含三个比特的比特单元的三个六边形簇；

图13表示一个滑动检测窗口顺序实现方式。

图14表示在每个比特单元含有一个单一比特时的比特检测器的框图；

图15表示用于如图14中所示的比特检测器的一个单一比特检测器单元；

图16表示采用如图14中所示的比特检测器的比特检测；

图17表示在每个比特单元含有两个比特时的比特检测器；

图18表示采用如图17中所示的比特检测器的比特检测；

图19表示采用如图17中所示的比特检测器的一种并行的实现方式；

图20表示一个包含两个比特的比特单元；

图21表示图17中所示的比特检测器中所用的HF参考信号电平；

图22表示图17中所示的比特检测器的一个单一比特检测单元；

图23表示作为一个典型密度的(SNR)的函数的误比特率；以及

图24表示作为一个第二密度的SNR的函数的误比特率。

图1表示一个数据存储系统的典型的编码和信号处理元件。从DI到DO的用户数据循环可包括交织10，纠错码(ECC)和调制编码20、30，信号预处理40，在记录介质上的数据存储50，信号后处理60，二进制检测70，以及调制码的和交织的ECC的解码80、90。ECC编码器20向数据添加冗余，以便提供对来自各种噪声源的错误的预防。ECC编码的数据然后被传送到调制编码器30，调制编码器使数据适配于信道，就是说，调制编码器把数据处理成一种较不可能被信道错误破坏的并且在信道输出端更容易被检测的形式。调制的数据然后被输入到例如空间光调制器之类的记录装置，并被存储在记录介质50上。在检索侧，读取装置(例如光检测器装置或电荷耦合装置(CCD))返回必须被变换回数字数据(对于二进制调制方案来说每个像素一比特)的伪模拟数据值。这个过程中的第一个步骤是一个被称为均衡化的后处理步骤60，其试图消除在记录过程中产生的、仍然在伪模拟域中的失真。然后，通过一个比特检测器70将伪模拟数据值阵列转换成一个二进制数字数据阵列。然后将该数字阵列首先传送到执行与调制编码相逆的操作的调制解码器80，再传送到ECC解码器90。

在上述的欧洲专利申请EP 01203878.2中，描述了按照信道比特的最近的相邻簇的六边形网格上的2D约束的编码。其中，主要就其在信道上更强健的传输方面的优点而专注于所述约束，而不是专注于这种2D代码的实际构造。后一个主题在欧洲专利申请02076665.5(PHNL020368)中涉及，就是说，其中描述了这样一个2D代码的实现方式和构造。举例来说，以下将举例说明一个2D六边形代码。然而应当注意的是，本发明的总体构思和所有手段一般都能应用于任何2D代码，特别是任何2D六边形或正方形网格代码。最后，该总体构思也能应用于由代码的一维展开表征的、可能具有各向同性约束的多维代码。

如上所述，以下将考察一个2D六边形代码。2D六边形网格上的比特可按比特簇标识。一个六边形簇包括一个位于中心网格点的比特，它被位于相邻网格点的最近的6个相邻比特围绕。代码沿着一个一维的方向展开。一个2D带由若干个1D行组成，这些行在一个与第一方向正交的第二方向上互相叠加。图2中显示基于带的2D编码的原理。在各带之间例如可以设立一个一行的保护带(guard band)

用于六边形网格上的2D记录的信号电平，由一个对应所有可能的六边形簇的完整集合的幅度值曲线图标识。进一步使用各向同性的假设，就是说，假设信道脉冲响应是循环对称的。这意味着，为了表征一个7比特的簇，重要的只是标识中心比特以及在最近的相邻比特中的“1”比特(或“0”比特)的个数(6个相邻比特中的0、1、...、6个可能是“1”比特)。在我们的记号中，“0”比特是一个岸比特(land-bit)。图3中表示一个典型的“信号模式”(Signal-Pattern)。假设一个宽螺旋由11个平行的比特行组成，在连续的宽螺旋之间有一个1(空的)比特行的保护带，图3的情形对应于与传统的1D光学记录(如在例如蓝光盘(DB)格式中所用的)(利用蓝色激光二极管的))相比，密度增加1.7倍。

以与传统的1D光学记录(以当前的BD标准为准绳)完全相同的密度，获得图4的信号模式。图4的信号波形是用描述中心孔径(CA)衍射受限的检测的全双线性标量衍射模型(fully bi-linear scalardiffraction model)生成的。由于双线性条件(代表由于在检测平面的物理检测中的模数平方操作而产生的的比特之间的非线性干扰)，2D调制有一个特殊的信号折叠(folding)问题，即大的岸区域和大的坑区域的信号几乎是相似的，这使得比特检测相当有问题。因此，为了避免信号折叠，已经提出了为ROM写信道而适配的写策略：在一个坑(pit)比特中，通过该写信道实现一个小的、优选地是圆形的覆盖该坑区域的50％的坑孔(pit-hole)。假设是BD的读信道(λ＝405nm；NA＝0.85)，六边形网格的网格参数等于195.2nm(对于坑比特具有半径b＝60nm的坑孔)。图4中的波形是未被均衡化的(原始波形)。这个情况符合与BD系统的相同的用户容量(capacity)。

为了比特检测器的分析更简单，经常将信道近似为一个具有7比特脉冲响应的完全线性信道，并具有一个被记为c₀的中心抽头(tap)和一个被记为c₁的最近的相邻抽头(簇中所有6个最近的相邻比特的相同系数)。图5中表示了这个简化模型的示意性的信号模式，一起表示的还有“精确”的标量衍射模型。它适用于一个具有净系数约1.7的密度增益(与1D-DB相比)。图5显示2D调制和DB(1D)的用户比特的分别的大小。因数11/12说明了(一个空行的)保护带的存在。

图5的情况与简化的抽象信道模型中的c₀＝3c₁一致。要注意的是以“0”比特作为中心比特的簇的4个底部信号电平与以“1”比特作为中心比特的簇的4个顶部信号电平重叠。信号电平的这个重叠是在这些人们更渴望的存储密度下的2D光学存储的“关闭的眼”的根本问题。

图6中表示与1D BD相比净系数几乎是1.4x的密度增益的2D调制的信号模式。这个情况与简化的信道模型中的c₀＝4c₁一致。

要注意的是，对于图6的情形来说，以“0”比特作为中心比特的簇的三个底部信号电平与以“1比特作为中心比特的簇的三个顶部信号电平重叠。这又是“关闭的眼”的根本问题。然而，在这个情况中，这个问题明显没有图5中的四个电平重叠的情况显著。

在图3中已经画出了要应用于HF信号的所有信号电平的总的阈值水平，这将导致阈值检测的最佳误比特率。然而，显然具有等于“0”比特的中心比特的两个底部簇的信号电平和具有等于“1”比特的中心比特的两个顶部簇的信号电平位于该阈值电平的错误一侧，就是说，在这些情况下，阈值检测将明显地导致被错误地检测的(中心)比特。如图3中所示的那样，这些簇是所谓的错误区(或擦除区)的一部分。这些簇(具有几乎100％的错误概率)的发生的概率达到(1+6)/64，即约11％，导致一个大约1.1 10^-1的bER。显然，这个bER实在太高。

首先将参考具有一个只含有两个重叠的信号电平的错误区的情况。这个情况被示意性地表示在图7中。具有在错误区内的信号值的比特可被指示为不可靠的：这样一个比特最多有一个相同类型的相邻比特。如果后一种情况适用(一个相同类型的相邻比特)，则仍然有三个最近的相邻比特依次有至少两个最近的相同类型的相邻比特。这意味着对于这三个比特来说，信号值在错误区的外面，并且都在错误区的相同侧：因此就能以高的可靠性检测这三个相邻比特(因为在错误区的外面)。

换言之，对于一个具有在错误区内的信号电平的比特来说，它必须有至少三个具有在错误区的外面并且在错误区的相同侧的信号电平的相邻比特。因此，对于一个具有在错误区内的信号幅度的簇来说，确定最近的相邻比特的比特值就足以设置一个中心比特的比特值。用于这个情形的一步一步的程序可以如下所述：

-首先，对所有比特处的HF信号应用阈值检测(用一个单一限幅电平)；

-然后，将具有在错误区内的信号电平的所有比特确定为不可靠的比特，其比特值尚未被确定；

-对于每个不可靠比特，检查其最近的相邻比特的比特判定；在理想情况下，必须至少有3个具有在错误区的外面并且在阈值电平的相同侧的信号电平的相邻比特，就是说，这些最近的相邻比特必须是完全相同的。在一种错误的情形中，这些最近的相邻比特中的一个或多个也可能在错误区之内。在这样的情况中，只要检查可靠的最近的相邻比特。

-该不可靠的(中心)比特被设置为与其可靠的最近相邻比特相反的比特值。

显然，对于错误区有三个重叠的电平的情况来说，错误区也包含其中某个比特恰好有两个相同类型的最近的相邻比特的簇。因此，就有错误区内的某个比特的所有相邻比特也在错误区内的情形：在这种情况下，7比特的簇内就根本没有可靠的比特，并且上述程序不能被应用于所有的情况。

根据上述讨论，显然，为了改善比特判定的可靠性，考虑最近的相邻比特的比特判定可能是非常有益的。这是一种联合比特检测方法。这个基本原理将被用于本发明的迭代比特检测器。

首先将要说明的是我们打算要用之检测一个7比特簇中的一个单一比特(即六边形簇的中心比特)的比特检测器。将用HD-1标记该检测器。图8表示该检测器的基本原理。各比特在连续的迭代中被更新，对于第一个迭代，采用如在上述用于两个电平重叠的简单程序的步骤一中所述的那样的用一个单一限幅电平获得的阈值判定。

图9表示六边形簇中的比特配置。中心比特是要被确定的比特。它的相邻比特(用黄色表示)已经在一个在先的迭代中被检测，这个信息被用来检测中心比特。这在图10中表示。假设该在先的迭代已经在所考虑的中心比特的6个最近的相邻比特中产生两个“1”比特。如果给定这些被检测的最近的相邻比特，则对于中心比特的实际的比特判定，只应该将所检测的HF信号幅度(在图10中记为x)与两个可能的参考电平作比较。这两个参考电平，依照中心比特是“0”比特还是“1”比特而被记为T₀和T₁。对中心比特的实际比特判定，现在通过应用阈值检测而被实现，其中阈值位于中间电平(T₀+T₁)/2。

可以把检测器HD-1推广到这样一种检测器，其中，一次性检测若干个邻接比特(其被定义为一个比特单元)，这种检测只通过对该邻近比特的集合的所有可能的候选比特模式执行一个最大似然性评估而进行。邻接比特的集合，指的是填充宽螺旋中的一个邻接的二维区域的比特的集合。在图11中，表示了分别对应于记为HD-1、HD-2和HD-3的检测器的情况的对应的邻接比特区域。这些检测器分别用一个单一比特、或一对比特(例如横向对准的)、或者三比特组作为要被检测的比特单元(或n＝3比特核心)。

图11展现所列的三个检测器(HD-1、HD-2和HD-3)的周围的比特(具有在在先的迭代中检测的比特值)和比特核心(在当前迭代中要被检测的比特)的不同配置。核心或比特单元中的比特的个数分别等于1、2和3，周围的比特的配置中的比特的个数分别等于6、8和9。

可能很清楚，可以容易地推广到n比特的比特单元(产生一个HD-n比特检测器)。

以下将更详细地考察比特单元或核心由一个三比特组组成时的HD-3比特检测器。因此有2³＝8个比特单元的设置或可能的比特模式。通过搜索具有预定标准的最低值的设置可以实现对比特单元的最佳设置的评估。一个可能的标准可能是三项(比特单元的三个比特中的每个对应一项)的和，每项是被检测的(或被接收的)HF信号与和7比特六边形簇一致的参考HF信号之间的平方差，其中该7比特六边形簇部分由周围(在图11中被记为“配置”)中的比特构成，部分由比特单元(或者如图11中标注的“核心”)中的比特构成。

图12中示意性地表示用于标识这三个不同的六边形簇的分解操作。比特单元或核心中的各比特被记为{x₀，x₁，x₂}。对于核心比特中的每个，考察记为{cl₀，cl₁，cl₂}的对应的六边形簇。上面提出的标准于是为：

$S^2=\underset{i=0}{\overset{2}{\∑}}{({\mathrm{HF}}_i-\mathrm{RL}\[{\mathrm{cl}}_i\])}^2$

其中HFi表示比特单元第i个比特(即x₀)的信号波形，RL(cl_i)表示一个类型为cl_i的7比特六边形簇的参考幅度水平。所以总共必须执行8个加法(每个加法有3项)，所考察的比特单元的可能的设置或模式中的每个对应一个加法。产生最低的和值的(3个核心比特的)比特单元的比特设置或比特模式，将被选择作为比特检测器的当前迭代的结果。

比特检测器通常有不同的可能实现方式，诸如并行的或顺序的实现方式。首先将考察顺序的实现方式。

图13表示“滑动窗口”顺序实现方式，将对于HD-1比特检测器更详细地解释该滑动窗口。特别地，示出了滑动窗口的两个顺序的阶段(stages)。右边的锯齿形模式是最近的模式，它的比特值是从像阈值检测器那样的简单的初步比特检测器中导出的。左边的锯齿形模式是最老的模式，它的比特判定已经经历HD-1比特检测器的6个连续的迭代。那些比特判定是最可靠的比特判定。从概念上讲，被用于介质(盘)上的信息的并行的读出的点的阵列正在扫描窗口中最右边的锯齿形模式。

滑动窗口包括一部分宽螺旋，后者包括n+1个占满宽螺旋的整个宽度的锯齿形比特阵列。比特被连续地更新，更新的顺序由如图13b中所示的比特中的数字所指示。更新程序在螺旋的边界处开始，在这里，比特判定有更高的可靠性，因为两个连续的宽螺旋之间的保护带的相邻岸比特(“0”比特)是已知的。一旦某个比特已经被更新，则它的更新后的比特值将在它是要被更新的接下来的各比特之一的相邻比特集合的一部分时被使用。然而，每个锯齿形中只有比特1-2-3-4和比特5-6-7才能被独立地处理；接下来的锯齿形再次依赖于当前锯齿形中的比特检测的结果。比特检测器因此变成递归型的。

在第一个锯齿形模式处，检测器以阈值检测开始(迭代j＝0)。在第二个锯齿形处，检测器执行迭代j＝1，在位于其右边的相邻锯齿形处使用来自迭代j＝0的比特判定，在位于其左边的相邻锯齿形处使用来自j＝2的比特判定。这个程序一直继续到它达到滑动窗口的最后锯齿形为止。

一旦滑动窗口内的所有比特都被更新，该窗口沿螺旋的方向移动一个锯齿形比特阵列的距离：这在图13a和13b的底部表示。对滑动窗口的该新位置，再次重复该程序。

图14表示具有3个(如果把阈值检测算作第一个迭代，则是4个；阈值检测也可以被视为一个初始化步骤，这只不过是称谓的问题)HD-1比特检测器迭代的检测器的信号处理硬件。所有比特行的输入HF信号都由一个HF矢量代表，该矢量包含对应于元螺旋(meta-spiral)内的每个行的一个(比特同步)HF样本。它们是从由光检测器IC生成的模拟信号的A/D转换得到的。HF矢量被延迟三个连续的阶段。该图的底部代表在比特矢量上的迭代(其中一个比特矢量包含对应于元螺旋的每个行的一个比特)。若干个HD-1检测器单元(其个数等于元螺旋中的行的数目)按照HD-1算法计算被更新的比特值。最后更新的比特矢量被保存在存储器中以用于下一个额外的阶段，因为在一些要在滑动窗口的边沿处被执行的“在先”阶段中需要这些比特值作为相邻比特。图15中表示HD-1比特检测器单元的基本要素。检测器单元6的输入是六边形网格的最近的相邻比特和需要被更新的比特的HF样本。更新后的比特值被输出(在图15中表示为“HD-1检测的比特”)。相邻比特确定一个要从对应的“HF阈值存储器”中获得的阈值电平。HF信号相对于这个特定的阈值电平被限幅，输出是更新后的比特，或“HD-1检测的比特”。该阈值电平是作为包括由给定的6个最近的相邻比特包围的中心0比特的7比特六边形簇的第一参考电平和包括由相同的给定的6个最近的相邻比特包围的中心1比特的7比特六边形簇的第二参考电平的平均信号电平而获得的。

图16仅表示两个HD-1比特检测器单元的连接(这是为了该图的简要)。对于第一种情况，即要被更新的比特位于图16中指向左边的锯齿形的边沿时，HD-1单元从相同的比特矢量中接收两个相邻比特(要被更新的比特的上面的比特和下面的比特)、从左边的比特矢量中接收三个相邻比特、以及从右边的比特矢量中接收一个相邻比特。HD-1单元进一步从对应的HF矢量(该图的上半部)中接收HF信号，即与需要被更新的比特处于相同位置的HF样本。HD-1单元的输出在要被更新的比特的位值处进入被更新的比特阵列的比特值，即进入右边的比特值，由此指示在下一个时钟周期该输出比特驻留在该矢量的所指示的位置中。这里假设两个连续矢量之间的所有HD-1检测器的并行操作在一个时钟周期内被处理。所有HF-1单元在一个比特矢量与下一个比特矢量之间互相独立地并行地运行。

对于第二种情况，即要被更新的比特位于图16中指向右边的锯齿形的边沿时，HD-1单元只从左边的比特矢量中接收一个相邻比特以及从右边的比特矢量中接收三个相邻比特；程序的剩余部分与上述的相同。

图17中表示具有与HD-1比特检测器的相同的结构的HD-2比特检测(简单实现方式)。该图仅在HD-2比特检测器的所有操作都能在一个时钟周期内完成的假设下适用。

在HD-2比特检测器单元需要一个以上的时钟周期的情况下(这是很有可能的，因为为比特单元寻找“最佳”候选比特对的操作相对比较复杂)，则应力求并行的硬件实现方式。

图18仅表示两个HD-2比特检测器的连接(这是为了该图的简要)。对于第一种情况，HD-2单元从相同的比特矢量中接收两个相邻比特(要被更新的两比特的比特单元的上面的比特和下面的比特)、从左边的比特矢量中接收三个相邻比特、以及从右边的比特矢量中接收三个相邻比特。HD-2单元进一步从对应的HF矢量(该图的上半部)中接收HF信号，即与需要被更新的比特单元的两个比特处于相同位置的HF样本。HD-2单元的输出在要被更新的两个比特的位置处进入(右边的)被更新的比特阵列的比特值。所有HD-2互相独立地(在一个比特矢量与下一个比特矢量之间)并行地运行。

图19中表示在需要三个时钟周期以用于HD-2比特检测器的假设下HD-2比特检测器的一种并行实现方式。在左边，一个(通过移位寄存器实现的)缓冲器在三个连续的时钟周期(等于一个HD-2比特检测器块的执行所需的时钟周期数)中被填充。在每个第三时钟周期时，该缓冲器被清空，其中这三个HF矢量中的每个馈送到三个处理分支的其中之一。在每个处理分支中，若干个HD-2比特检测器单元(一次性地对于整个HF矢量阵列)被级联(被视为在给定的HF矢量阵列上的若干个顺序迭代)。

每个HD-2块在它的输入端处接收相邻HF矢量阵列的比特阵列和所需的要被更新的比特的HF样本；每个HD-2块的输出是一个更新的比特阵列。

应当注意的是，相邻HF矢量阵列总是从上蜿蜒而下的。这就是HD-2块的各个比特阵列输入为什么可以从一个分支跨到另一个分支的原因。此外，应当注意的是，第一个分支中的某块的适当的相邻阵列要从第三分支中取得，但是是在该分支的在先的更新时取得的：因此大箭头从右向左向上指。

图20中表示一个具有比特b₀和b₁的HD-2比特单元。其中，8个相邻比特也由交叉符表示。

图21中表示要在HD-2比特检测器的核心中使用的参考电平。比特b₀的参考电平以第一个带底线的下标表示；比特b₁的参考电平以第二个带底线的下标表示。应当注意的是，围绕b₀的六边形比特簇的6个相邻比特是由5个早先已经(在一个在先迭代中)被检测过的相邻比特以及HD-2比特检测器的二比特比特单元的另一个比特(比特b₁)确定的。对于围绕比特b₁的六边形比特簇，类似的说法也成立。

图22中表示HD-2比特检测器块的基本要素。六边形网格上的8个最近的相邻比特和需要被更新的比特单元的两个比特的HF样本被输入。两个被更新的的比特值(即HD-2检测的比特)被输出(在图22中记为“HD-2检测的比特”)。

对于每个六边形簇(具有一个中心比特和6个相邻比特)，可从一个存储器(“HF参考电平存储器)中得到一个参考信号电平。要从存储器中取得的该参考电平是由该比特单元的两个比特以及由该二比特比特单元的8个相邻比特中的5个确定的。从对应的参考电平中减去对于比特单元的两个比特中的每个所接收的HF信号；对于比特单元的两个比特的四种可能的二比特配置中的每一个，把这些各自的信号差的绝对值(在图中示出；也可以用任何其它“范数(norm)”，如替代地使用平方值的二次范数)相加在一起。从HD-2比特检测器产生的比特，是那些导致以上4个参数(或选择标准的样本，每个可能的二比特比特单元对应一个样本)集的最小值的比特。这在图22中用缩写的标记”arg min”表示：使得标准处于最小的参数(比特b₀和b₁)。以并行方式实现的迭代比特检测器的性能已经被评估。分别以图6的条件c₀＝4c₁和图5的条件c₀＝3c₁，假设了具有7抽头循环对称脉冲响应的简化的(线性的)信道。为了评估比特检测器，已经假设了作为信道干扰的附加高斯噪声(AWGN)。

图23表示对应约1.4×BD的密度的结果，其中c₀＝4c₁，图24表示对应约1.7×BD的密度的结果，其中c₀＝3c₁。除了阈值检测器(TD)以及硬判定比特检测器(HD-1、HD-2、HD-3)，单一比特错误的情况下的匹配的滤波器限度(MFB)的结果以及软判定比特检测器的结果已经被包括。应当注意的是，对于图24的c₀＝3c₁的情况来说，单一比特错误不再是主导的错误模式，这就解释了(为单一比特错误计算的)MFB与其它检测检测器之间的较大的差距的原因。在这里最好是与为双比特错误计算的MFB相比。在后一种情况中，双比特错误是主导的错误，包括沿六边形比特模式的(在对称性发面等价的)轴的其中之一的“+-”错误模式。

对于约1.4xBD的密度来说，从图23中可以观察到bER从TD通过HD-1、HD-2到HD-3的连续改善。HD-3显著地好于HD-1和D-2，这揭示它们的性能的一个清楚的界限，这是由信号模式的信号电平的重叠量导致的。HD-3在搜索比特的最佳模式方面有更大的自由度，这显然导致更好的性能。软判定比特检测器在10^-4的bER下还要好4dB。

对于约1.7xBD的密度来说，从图24中可以观察到bER从TD通过HD-1、HD-2到HD-3的类似改善，但是在这个情形中，HD-3比特检测器的性能也有一个显著的饱和，它只能达到2 10^-3的bER。所以，在这个容量下，硬判定比特检测器似乎不尽人意。另一方面，软判定比特检测器(在图23和24中记为“SD-1”)却产生好得多的性能。

以上说明中设计了适合每个比特有6个最近的相邻比特的2D六边形调制的情况的迭代硬判定比特检测器。它同样能应用于每个比特有4个最近的相邻比特的2D正方形网格调制的情形。此外，本文是对于基于包括7个比特的六边形簇的参考电平而对本发明加以说明的：对于所属领域的熟练人员来说，显然可以把本发明推广到这样的情形，即参考电平取决于更大的簇，所考虑的相邻比特超出2D比特网格的最近的相邻比特。更进一步，这个原理也可以应用于光学存储的1D调制。于是，最近的邻居的簇要被1D比特配置所替换，该1D比特配置具有由信道的1D脉冲响应的程度确定的长度。

更进一步，在完成最后的迭代后，HD-n比特检测器能产生软判定输出，它能在一个LDPC解码器(或Turbo解码器)中的另一个阶段处被使用。由于在每个比特判定时最近的邻居的配置是固定的，所以能利用两个簇参考电平T₀和T₁(它们分别是中心比特为“0”或“1”的参考电平)，从为所考察的比特所测量的HF信号中计算出软判定信息。该软判定信息于是就是比特有一个值“1”的概率，并且能根据两个参考电平从Fermi-Dirac那样的S曲线(Fermi-Dirac like S-curve)中获得。

Claims (22)

1.用于检测在记录载体上存储的信道数据流的各比特的比特值的比特检测方法，其中，信道数据流驻留在一个N维的比特网格中并且包含多个邻接的比特单元，每个比特单元包含至少一个比特，其中，对信道数据流的比特检测是通过一个迭代程序执行的，每次迭代都是基于所述比特单元执行的，其中，所述比特单元的各比特的比特值被所述迭代程序根据所接收的所述比特单元的各比特的HF信号值检测，所述方法包含：

-初始化步骤，用于根据所述比特的HF信号值获得所述比特单元的各比特的初步比特判定；

-更新步骤，用于通过搜索要被更新的所述比特单元中的最满足对于要被更新的所述比特单元的预定标准的各比特中的每一个的比特值，来更新要被更新的所述比特单元的各比特的比特值，所述标准是由要被更新的所述比特单元的每个单一比特的HF信号值与一个参考HF信号值之间的差确定的，其中，所述参考HF信号值是由要被更新的所述比特单元中的所述单一比特的比特值以及由所述单一比特的各相邻比特的比特值确定的；以及

-用于迭代所述更新步骤直到满足一个预定条件的迭代。

2.如权利要求1中所要求的方法，其中，那些不是要被更新的所述比特单元的一部分的所述相邻比特的比特值，是在迭代程序的一个在先的更新步骤、优选地是前一更新步骤中被确定的，并且，其中那些作为要被更新的所述比特单元的一部分的所述相邻比特的比特值，被设置为等于能为要被更新的所述比特单元设定的可能的比特模式中的每一个的对应比特值。

3.如权利要求1中所要求的方法，其中，所述初始化步骤的所述初步比特判定是通过使用一个限幅电平的阈值检测而得到的。

4.如权利要求1中所要求的方法，其中，所述要被一个比特单元满足的预定标准是由所述比特单元中所有的比特的和确定的，所述和包含所述比特单元的每个单一比特的HF信号值与一个参考HF信号值之间的平方差。

5.如权利要求1中所要求的方法，其中，所述要被一个比特单元满足的预定标准是由所述比特单元中所有的比特的和确定的，所述和包含所述比特单元的每个单一比特的HF信号值与一个参考HF信号值之间的差的绝对值。

6.如权利要求1中所要求的方法，其中，所述信道数据流包含一个一维地展开的比特序列。

7.如权利要求1中所要求的方法，其中，N是产生一个三维的比特网格的3。

8.如权利要求1中所要求的方法，其中，N是2，并且所述信道数据流包含一个信道带，该信道带至少有两个沿一个第一方向一维地展开、并且沿一个第二方向互相对准的比特行，所述两个方向构成一个二维的比特位置网格。

9.如权利要求6或8中所要求的方法，其中，所述比特单元包含一个比特，并且其中所述参考HF信号值是由所述一个比特和它的各相邻比特确定的，所述相邻比特是在迭代程序的一个在先更新步骤中确定的。

10.如权利要求9中所要求的方法，其中，所述比特单元的单一比特的比特值是通过一个使用一个限幅电平的阈值操作而被更新的，该限幅电平被设置为对于所述单一比特具有比特值0的情形的第一参考HF信号与对于所述单一比特具有比特值1的情形的第二参考HF信号的和的一半。

11.如权利要求8中所要求的方法，其中，所述信道数据流的各比特被安排在一个二维的六边形或正方形网格上。

12.如权利要求8中所要求的方法，其中，所述比特单元包含两个或三个比特，并且其中所述两个或三个比特中的每一个的所述参考HF信号值是由所述两个或三个比特和该比特的对应的各相邻比特确定的。

13.如权利要求8中所要求的方法，其中，所述信道带包含至少三个比特行，并且在所述初始化步骤中，对于所述比特单元的各比特的所述初步比特判定是通过阈值检测获得的，所述阈值检测是在一个包含每个比特行的至少一个比特并在所述第二方向上对准的比特列内的一个预定的序列中执行的，其中所述比特列的最外面的各比特首先被进行阈值检测，所述比特列的其它各比特随后被进行阈值检测。

14.如权利要求13中所要求的方法，其中，在迭代的所述更新步骤中，要被更新的所述比特单元的各比特的比特值随后对于多个比特列被一个比特列一个比特列地更新，所述多个比特列定义一个检测窗口，其中，每个比特列的各比特的比特值按照它们在所述初始化步骤中被阈值检测的相同顺序被更新。

15.如权利要求13中所要求的方法，其中，在迭代的所述更新步骤中，要被更新的所述比特单元的各比特的比特值是对多个比特列并行地被更新的。

16.如权利要求1中所要求的方法，其中，在迭代程序中的除了比特判定以外的任何可能的步骤中，还为被检测的比特生成可靠性或软判定信息，所述可靠性或软判定信息确定一个比特具有二进制值“0”或“1”的概率。

17.用于检测在记录载体上存储的信道数据流的各比特的比特值的比特检测器，其中，信道数据流驻留在一个N维的比特网格中并且包含多个邻接的比特单元，每个比特单元包含至少一个比特，其中，对信道数据流的比特检测是通过一个迭代程序执行的，每次迭代都是基于所述比特单元执行的，其中，所述比特单元的各比特的比特值被所述迭代程序根据所接收的所述比特单元的各比特的HF信号值检测，所述比特检测器包含：

-初始化装置，用于根据所述比特的HF信号值获得所述比特单元的各比特的初步比特判定；

-更新装置，用于通过搜索所述更新比特单元中的最满足对于所述更新比特单元的预定标准的各比特中的每一个的比特值来更新所述更新比特单元的各比特的比特值，所述标准是由所述更新比特单元的每个单一比特的HF信号值与一个参考HF信号值之间的差确定的，其中，所述参考HF信号值是由所述更新比特单元中的所述单一比特的比特值以及由所述单一比特的各相邻比特的比特值确定的；

-迭代装置，用于迭代对所述比特值的所述更新，直到满足一个预定条件。

18.如权利要求17中所要求的比特检测器，进一步包含：

-第一寄存器阵列，用于存储包含不同比特行的各比特的HF信号值的后续的HF矢量，以及

-第二寄存器阵列，用于存储包含不同比特行的各比特的比特值的比特矢量，

其中，比特检测器单元被安排在所述第二阵列的两个后续的寄存器之间，该比特检测器单元接收从比特矢量阵列中获得的各相邻比特和从HF矢量阵列中获得的适当HF信号值作为输入并且输出更新后的比特值，其中被更新的比特值被存储在所述第二阵列的一个后续的寄存器中。

19.如权利要求18中所要求的比特检测器，其中，所述第一寄存器阵列适于在比特时钟的每个时刻在一个寄存器中存储HF矢量并适于在每一个第M个时钟把它们进一步传送到所述第二阵列的一个寄存器集合。

20.用户数据流的再现方法，该用户数据流被纠错码编码和调制编码成一个信道数据流并被存储在一个记录载体上，该方法包含一个如权利要求1中所要求的用于检测所述信道数据流的各比特的比特值的比特检测方法以及一个调制码解码方法和一个纠错码解码方法。

21.用户数据流的再现装置，该用户数据流被纠错码编码和调制编码成一个信道数据流并被存储在一个记录载体上，该装置包含一个如权利要求17中所要求的用于检测所述信道数据流的各比特的比特值的比特检测器以及一个调制码解码器和一个纠错码解码器。

22.包含程序码装置的计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时该程序码装置使计算机执行如权利要求1或20中所要求的方法的步骤。

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