CN1788313A - 用于多维记录系统的迭代的逐条的基于格子的符号检测方法和设备 - Google Patents

Abstract

当在二维记录(例如宽螺旋)上执行比特检测时，对宽螺旋的比特行的检测变得很复杂。为了降低该复杂度，在相邻行子集上执行所述检测。对所有子集的检测一起产生了覆盖宽螺旋的宽度的检测。代替以单个检测器顺续地执行所述检测，而使用了多个检测器，其中每个检测器利用了从相邻的检测器获得的辅助信息。所述辅助信息改进了检测的可靠性，并且将这些子集的检测联系起来以达到对宽螺旋的整个宽度的检测。

Description

用于多维记录系统的迭代的逐条的 基于格子的符号检测方法和设备

发明领域

本发明涉及用于检测在记录载体上记录的通道(channel)数据块的符号(symbol)的、基于格子(trellis-based)的符号检测方法。

本发明适用于数字记录系统，例如磁记录和光记录系统。对于二维光记录尤其有益，二维光记录是下一代光记录的可能的技术中的一种。

背景技术

目前的技术水平上的光盘系统基于一维(1D)光记录。单个激光束被引导到单个信息轨道，信息轨道在光盘上形成连续的螺旋，朝向光盘的外沿螺旋前进。单个螺旋包含比特的单个(或一维，1D)轨道。该单个轨道由非常小的凹区标记或凹区以及它们之间的间隔的序列组成，凹区之间的间隔被称为凸区标记或凸区。激光在轨道的凹区结构被衍射。反射回的光在光检测器集成电路(IC)上检测到，并且会生成一个单独的高频信号，该信号被用作从中获取比特判定的波形。用于“蓝光光盘”(也称为数字视频盘DVD之后的“DVR”)之后的第四代光盘记录技术的新路线基于二维(2D)二进制光记录。2D记录意味着在光盘上并行记录(例如)10个轨道，而在它们之间没有保护间隔。于是，这10个轨道一起形成一个大的螺旋。2D光记录的光盘(简称作“2D光盘”)的格式基于该宽螺旋，信息被以2D特征的形式记录在该宽螺旋中。信息被以蜂巢结构写入并用2D通道码进行编码，2D通道码有助于比特检测。用(例如)10个(或更多)光点的阵列读出该光盘，光点被及时取样，以在播放器中获取二维样本阵列。并行读出是用单个激光束实现的，激光束通过一个光栅，光栅产生激光点阵列。光点阵列扫描宽螺旋的整个宽度。来自每个激光点的光都由光盘上的2D图案反射，并在光检测器IC上被检测到，光检测器IC产生若干高频信号波形。信号波形的集合被用作2D信号处理的输入。2D记录后面的动力是作为保护间隔而被浪费掉的光盘空间要少得多，这样可以提高光盘的记录容量。尽管2D记录是先为光记录而研究的，但相似地，也可将磁记录制成二维。这种记录技术的新特征之一是它们需要二维信号处理。特别是，一个光点必须被看作是将“凹区”/“凸区”(或“标记”和“非标记”)的一个平面作为输入并产生相应输出的装置。光点传递函数具有2D低通过滤器的特性，2D低通过滤器的形状可以近似为锥形。

除了它的线性传递特性之外，2D光通道还有非线性贡献(contribute)。圆锥的半径对应于截止频率(由镜头的数值孔径确定)以及光的波长。这个过滤特性在播放器中导致了2D符号间干涉(ISI)。比特检测器的任务是消灭这个ISI(的大部分)(其可能是线性的和非线性的)。

实现比特检测器的一种最佳方式是使用维特比(Viterbi)算法。维特比比特检测器不会放大噪声。如果需要软检测输出，即与比特有关的可靠性信息，可以使用双维特比(即(Max-)(Log-)MAP、或MAP、或SOVA(软输出维特比))算法。对于2D情况，设计比特检测器的困难之一是由于ISI存储的缘故，造成直接维特比比特检测器会需要“老”轨道比特的一个或多个列作为它的“状态”。如果在2D宽螺旋中并行记录了(例如)10个轨道，并且由于2D脉冲响应的切线延伸(沿着轨道)的原因，造成对状态的正确描述需要每个轨道(例如)两个老的比特，这导致了2×10＝20比特的状态。因而，维特比(或MAP、(Max-)(Log-)MAP、或MAP、或SOVA等)算法中的状态数量变成了220，这是完全不可行的。这需要一种不同的策略，它可以稍稍偏离最佳，但复杂度要大幅下降。

EP02292937.6提供了一种解决方案，其通过将宽螺旋分成几个条，每个条包括一个行子集，由此减少了检测器的复杂度，原因在于每个检测器仅需覆盖所述宽螺旋的一个行子集，从而充分地降低了检测器的复杂度。

为了跨越宽螺旋的所有行来执行检测，一个检测器处理一条，并且将输出符号与辅助信息一起提供，当所述检测器处理相邻条时使用该辅助信息，这样就把检测结果联系起来以便用单个检测器来覆盖整个宽螺旋。

这个实施方式具有以下缺点：在处理所述螺旋的所有行之前有相当大的延迟。

本发明的一个目的是通过提供一种显著地减少了延迟的检测方法来克服上述缺点。

为了实现此目的，本发明的特征在于由第一符号检测器执行对第一条的处理，而由第二符号检测器执行对第二条的处理。

通过采用不止一个检测器，减少了延迟，因为第二检测器无须等待到第一检测器完成对所述条的处理就能独立于第一检测器而启动对另一条的处理。通过并行地工作，加速了对宽螺旋的总体检测，从而减少了延迟。

符号检测方法的一个实施例的特征在于用于第二符号检测器的辅助信息是从第一符号检测器获得的。

在由第一检测器提供的辅助信息可用之后第二符号检测器就能启动对条的处理。第一检测器无须处理第二检测器将要处理的条，但能启动对另一条的处理，因此减少了完成处理宽螺旋的所有行所花费的时间。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于第二条具有与第一条直接相邻的至少一个行。

本实施例将第二检测器处理的条放置为与第一检测器处理的条直接相邻。这意味着：在由第一检测器提供的辅助信息变得可用之后第二符号检测器就能启动对与由第一检测器处理的条直接相邻的条的处理。第二检测器无须等到第一检测器完成了对任意其它条的处理，因为由第二检测器使用的辅助信息来自于与第二检测器自身将要处理的条相邻的条。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于：一旦从第一符号检测器取得了辅助信息，第二符号检测器就执行对第二条的检测。

辅助信息可以仅在第一检测器完成了对其条的处理之后才变得可用。

通过在一旦第一检测器送出辅助信息之后就立即启动检测，就没有时间损失，并且减少了处理宽螺旋的所有行的时间。

另一选择为，根据第一检测器所采用的检测方法，辅助信息可以在第一检测器完成对其条的处理之前很久就变得可用。第一检测器可在处理条的每个部分时或在连续地处理其条的同时提供辅助信息。在此情形下，一从第一检测器接收到辅助信息，第二检测器就能启动对其条的处理，并且能处理其条一直到其辅助信息变得可用的点。

第二检测器因此能紧密地跟踪第一检测器，由此相当大地减少了处理延迟。

另外，通过将此实施例应用于多于2个检测器，宽螺旋能被在等于各个检测器的延迟的总和的时间内处理，其中延迟被定义为介于处理条的一个部分与将关于条的该部分的辅助信息提供给另一个检测器之间的时间。例如，当使用4个2比特宽的检测器执行对8比特宽的条检测时，第四检测器尾随着第三检测器，第三检测器尾随着第二检测器，第二检测器尾随着第一检测器，并且当每个检测器尾随着的检测器一提供关于一个部分的辅助信息，每个检测器就启动对该部分的处理。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于至少一个辅助信息是从预定义的数据取得的。

因为在对当前条进行比特检测期间，使用从相邻条获得的辅助信息，所以辅助信息越可靠，对当前条的位检测也就越可靠。因此，当辅助信息是从预定义的数据取得之时，辅助信息中将没有错误，因为该数据是预先定义的并且由此是预先已知的，所以在检测预定义的数据期间产生的任何错误都能被校正，导致用于使用所述辅助信息的当前条的辅助信息可靠性更高。

另一个固有优点是：从预定义的数据取得的辅助信息的可靠性传播通过相继的比特检测器。因为从预定义的数据获得的辅助信息加强了对当前条进行比特检测的准确度，所以从当前条取得的并且提供给下一相邻条的辅助信息的可靠性也将增加，依次导致了对下一条有更加准确和可靠的比特检测，这依次产生了更加可靠的用于下一个条之下的条的辅助信息，依此类推下去。因为每个比特检测产生了与没有使用预定义的数据的情形相比更加准确的输出符号，所以为了获得目标比特误码率，对于每个条所要求的迭代将减少。因此，这降低了对于宽螺旋整体为获得所期望的比特误码率所需的时间，并且由此减少了总的处理时间。

所述检测器产生输出行，该输出行是与预定义的数据或最可靠数据最接近的被检测行。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于第一条含有预定义的数据。

在此实施例中，辅助信息是从直接相邻的条中取得的，因为从直接相邻的、含有预定义的数据的条中取得的辅助信息对于当前条进行比特检测是最相关的辅助信息。这是初始步骤，该初始步骤将增强的可靠性引入到第一比特检测中，在引入之后第一比特检测将其传播通过剩下的条。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于至少一个辅助信息是从受到使用冗余编码高度保护的数据获得的。

代替采用预定义的数据(即预先已知存在的数据)，辅助信息也能从以冗余编码进行高度保护的数据中取得，使得在从所述数据取得辅助信息之前能校正大部分或所有错误。这导致了更为可靠的对当前条的比特检测，因为辅助信息更为可靠。

另一个固有优点是：从采用冗余编码进行高度保护的数据取得的辅助信息的可靠性传播通过相继的多个比特检测器。因为从高度保护的数据获得的辅助信息增强了对当前条进行比特检测的准确度，所以从当前条取得的并且被提供给下一个相邻条的辅助信息的可靠性也将增加，依次导致了更加准确和可靠的对下一条的比特检测，这将依次产生更加可靠的用于对下一条之下的条进行比特检测的辅助信息，依次类推下去。因为每个比特检测与没有使用高度保护的数据的情形相比产生了更加准确的输出符号，所以为了获得目标比特错误率对每个迭代所需要的迭代将减少。因此这减少了对于整个宽螺旋获得所期望的比特错误率所需的时间，并且由此减少了总的处理时间。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于第一条含有采用冗余编码进行高度保护的数据。

在此实施例中，辅助信息是从直接相邻的条中取得的，因为从直接相邻的含有高度保护的数据的条中取得的辅助信息对于当前条进行比特检测是最相关的辅助信息。这是初始步骤，该初始步骤将增强的可靠性引入到第一比特检测中，在引入之后第一比特检测将其传播通过剩下的条。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于预定义的数据是保护带数据。

界定宽螺旋的保护带非常适于用作起点，因为在它作为保护带的功能中，它包括已经由于其它原因而没有涉及到比特检测的预定义的数据。在本发明中，除了保护带中的预定义的数据的其它用途，此预定义的数据还增加了对宽螺旋进行逐条(stripe wise)比特检测的可靠性并且有效地获得了对执行宽螺旋的比特检测所需的时间的减少。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于于N维通道管由多个保护带界定。

通过采用多个保护带，在先前实施例中列出的方法能用于并行地启动多个比特检测器。在每个保护带附近，一个比特检测器采用从该保护带取得的辅助信息启动一比特检测器级联，其中所述级联中的每个比特检测器尾随着所述级联中的前一个检测器。当采用2维宽螺旋作为一个例子时，例如会有两个保护带，第一保护带在上部界定宽螺旋，而第二保护带在下部界定宽螺旋。第一比特检测器级联开始于第一保护带，并且在所述级联中向下朝向第二保护带传播逐渐增加的可靠性。第二级联的比特检测器开始于第二保护带，并且在所述级联中向上朝向第一保护带传播逐渐增加的可靠性。

两个比特检测器级联会在宽螺旋的某个地方相遇，例如在宽螺旋的中间，每一个已经分别处理了宽螺旋的条的上部，已经处理了宽螺旋的下部。

在图形意义上，比特检测器级联形成了比特检测器的V形星座，其中V形的开放端指向宽螺旋的处理的方向。

在两个级联相遇之处，可以选择使用来自已经处理了条的下部的级联的辅助信息、或来自已经处理了条的上部的比特检测器级联的辅助信息、或同时使用这两者来处理最后一个条。

另外可以让两个级联中的比特检测器处理最后的条。

通过并行处理宽螺旋的上部和下部，大大减少了处理时间。

所述符号检测方法的另一个实施例的特征在于N维通道管由N-1维保护带界定。

所述数据(即通道管)例如以宽螺旋形式的的2维排列能有利地用1维保护带界定。数据的三维排列可以有利地用2维保护带界定。

采用了根据本发明的方法的一个实施例的符号检测器从减少处理宽螺旋或其它N维数据所需的时间中获益。

采用了根据本发明的方法的一个实施例的播放装置从减少处理宽螺旋或其它N维数据所需的时间中获益。

实现采用了根据本发明的方法的一个实施例的符号检测器的计算机程序将从减少处理宽螺旋或其它N维数据所需的时间中获益。

应该注意：不必在网格上采样通道输出，也不必在与通道输入(记录的标记)的网格相似的网格上采样通道输出。例如，可以根据相对于通道输入(记录的标记)的网格而移动的网格采样通道输出，例如采样可以发生在六边形网格单元的边沿上。另外，在一定方向上可以用比其它方向更高的空间采样密度应用(信号)相关的过采样，其中这些方向需要相对于信号输入(记录的标记)的网格对齐。

因此，上述发明具有几个方面：

一种用于对排列在规则的2D网格(优选的是六边形网格)上的2D比特阵列进行比特检测的比特检测方法是：基于逐条检测器的，其中条被以一种级联的方式连续处理，从2D比特阵列中具有非常高的、比特可靠性的确定性的比特行开始朝向被所述两个具有较高比特可靠性的比特行界定的2D区域的中间进行。

一种用于对排列在规则的2D网格(优选的是六边形网格)上的2D比特阵列进行比特检测的比特检测方法是：基于逐条检测器的，其中条被以一种级联的方式连续处理，从2D比特阵列中具有非常高的、比特可靠性的确定性的比特行开始朝向被所述两个具有较高比特可靠性的比特行界定的2D区域的中间进行，其中具有高可靠性的比特行是宽螺旋的保护带，所述保护带含有对于比特检测器来说预先已知的比特。

一种用于对排列在规则的2D网格(优选的是六边形网格)上的2D比特阵列进行比特检测的比特检测方法是：基于逐条检测器的，其中条被以一种级联的方式连续处理，从2D比特阵列中具有非常高的、比特可靠性的确定性的比特行开始朝向被所述两个具有较高比特可靠性的比特行界定的2D区域的中间进行，其中具有高可靠性的比特行是宽螺旋的保护带，所述保护带含有对于比特检测器来说预先已知的比特，其中保护带中的比特全部被设为相同的二进制比特值。

一种用于对排列在规则的2D网格(优选的是六边形网格)上的2D比特阵列进行比特检测的比特检测方法是：基于逐条检测器的，其中条被以一种级联的方式连续处理，从2D比特阵列中具有非常高的、比特可靠性的确定性的比特行开始朝向被所述两个具有较高比特可靠性的比特行界定的2D区域的中间进行，其中具有高可靠性的比特行中的一个比特行是一个作为比特行带的一部分的比特行，所述比特行带已经被另外地通道编码为在通道上具有良好的传输特性。

一种用于对排列在规则的2D网格(优选的是六边形网格)上的2D比特阵列进行比特检测的比特检测方法是：基于逐条检测器的，其中条被以一种级联的方式连续处理，从2D比特阵列中具有非常高的、比特可靠性的确定性的比特行开始朝向被所述两个具有较高比特可靠性的比特行界定的2D区域的中间进行，其中具有高可靠性的比特行中的一个比特行是一个作为比特行带的一部分的比特行，所述比特行带已经被另外地通道编码为在通道上具有良好的传输特性，其中所述比特行带恰好包括一个比特行。

一种用于对排列在规则的2D网格(优选的是六边形网格)上的2D比特阵列进行比特检测的比特检测方法是：基于逐条检测器的，其中条被以一种级联的方式连续处理，从2D比特阵列中具有非常高的、比特可靠性的确定性的比特行开始朝向被所述两个具有较高比特可靠性的比特行界定的2D区域的中间进行，其中具有高可靠性的比特行中的一个比特行是一个作为比特行带的一部分的比特行，所述比特行带已经被另外地通道编码为在通道上具有良好的传输特性，其中所述比特行带恰好包括一个比特行，其中所述具有高的比特可靠性的比特行是以游程长度受限的调制码进行通道编码的。

一种用于对排列在规则的2D网格(优选的是六边形网格)上的2D比特阵列进行比特检测的比特检测方法是：基于逐条检测器的，其中条被以一种级联的方式连续处理，从2D比特阵列中具有非常高的、比特可靠性的确定性的比特行开始朝向被所述两个具有较高比特可靠性的比特行界定的2D区域的中间进行，其中具有高可靠性的比特行中的一个比特行是一个作为比特行带的一部分的比特行，所述比特行带已经被另外地通道编码为在通道上具有良好的传输特性，其中所述比特行带恰好包括一个比特行，其中所述具有高的比特可靠性的比特行是以游程长度受限的调制码进行通道编码的，其中所述游程长度受限的调制码满足d＝1的游程长度约束。

现在将根据附图说明本发明：

图1示出了包括宽螺旋的记录载体。

图2示出了泄漏出的信号能量的贡献。

图3示出了三行条中的维特比检测器的状态和分支。

图4示出了处理一个宽螺旋的多个检测器。

图5示出了逐条比特检测器中权重的降低。

图6示出了采用条之上的比特行中比特的信号波形样本对分支度量的计算的扩展。

图7示出了沿着宽螺旋进行的逐条比特检测，其中条被以不同方向定向。

图1示出了含有宽螺旋的记录载体。

本发明涉及对用于沿着条的维特比格子进行处理的分支度量概念的扩展，涉及(1)该条之外的比特的信号波形样本，因而不属于所考虑的条的维特比处理器的状态，(2)对涉及该条中的不同比特行的分支度量中的独立项降低权重至小于最大权重(设为等于1)，和(3)由于与信号相关的噪声特性造成簇驱动权重的引入。

本发明的上下文是对用于以2D方式写在盘1或卡上的信息的比特检测器算法的设计。例如，对光盘1，宽螺旋2由多个在半径方向上(即，与螺旋2正交的方向)相互完全对齐的比特行3组成。比特4被堆积在规则的类似的密集的二维网格(lattice)上。用于2D网格可能的候选项是：六边形网格，正方形网格以及交错的矩形网格。这个说明基于六边形网格，因为它能实现最高的记录密度。

对于热切期望的记录密度来说，传统的“眼睛”被关闭了。在这种状况下，在ECC解码之前，使用直接阈值检测将导致不可接受的高的比特错误率(10^-2到10^-1，取决于存储密度)。通常，在面向字节的ECC(象用在蓝光光盘格式BD中的警哨(picket)ECC)情况下，随机错误的符号或字节错误率(BER)一定不能大于典型的2×10^-3；对于没有编码的通道比特流，这对应于上限为2.5×10^-4的可允许的通道错误率(BER)。

另一方面，完全符合要求的PRML类型的比特检测器会需要为宽螺旋2的完整的宽度所设计的格子结构，其缺点是巨大的状态复杂度。例如，如果用M标示沿着宽螺旋2的方向的切线脉冲的水平跨度，并且如果该宽螺旋由N_行个比特行组成，那么完全符合要求的“所有行”维特比比特检测器的状态数量就变成了2^((M-1)N_行)(其中^表示乘幂)。这些状态中的每一个状态还都具有2^(N_行)个前趋(predecessor)状态，因而状态间的转变或分支的总数等于2^(MN_行)。后者的数目(维特比格子中的分支数)对2D比特检测器的硬件复杂度而言是很好的度量。

最大程度上避免这种呈指数增长的状态复杂度的方法是将所述宽螺旋2分成多个条。通过基于条的PRML检测器并且从一条朝向下一条进行迭代能降低状态复杂度。将条定义为宽螺旋中的一组相邻的“水平”比特行。这样的比特检测器简称为逐条检测器。重叠条之间的递归，大量的状态，也就是2行的条有16个并且3行的条有64个，和相当多的分支，也就是2行的条有4个并且3行的条有8个，以及每个单独的PRML检测器的递归特征使得这种检测器的硬件复杂度仍然会是相当大的。

本发明的目的是提供进一步降低逐条比特检测器的复杂度而同时不牺牲其性能。

图2示出了泄漏出的信号能量的贡献。

用于在六边形网格上进行2D记录的信号级别是通过用于整个组的所有可能的六边形簇的幅值曲线来标识的。一个六边形簇20由处于中心网格位置的中心比特21和处于相邻的网格位置的6个最邻近的比特22a，22b，22c，22d，22e，22f组成。假定通道脉冲响应是各向同性的，也就是说，假定通道脉冲响应为圆形对称的。这意味着，为了表征7比特的六边形簇20，只需标识出中心比特21和最邻近的比特22a，22b，22c，22d，22e，22f中为“1”的比特(或为“0”的比特)的数量(即，6个相邻比特当中有0，1，......，6个比特可以是“1”比特)。“0”比特在本说明中是凸区比特。

注意，这个各向同性的假设完全是出于表达简洁的目的。在采用了倾斜盘的实际驱动器中，2D脉冲响应可以是不对称的。对后一个问题有两种解决方案：(1)应用恢复旋转对称的脉冲响应的2D均衡过滤器，和(2)在分支度量计算中应用更大集合的参考级别，其中给定簇的每个旋转变体有它自己的参考级别；对这个一般情况，对由中心比特21和它的六个相邻比特22a，22b，22c，22d，22e，22f组成的7比特簇，我们将有2^7＝128个参考级别，而不是上面各向同性假设情况下的14个参考级别。

写在盘上的通道比特是凸区类型的(比特“0”)或是凹区类型的(比特“1”)。对每个比特都有一个物理的六边形比特单元21，22a，22b，22c，22d，22e，22f与之相关联，并且它们以2D六边形网格上的比特的网格位置为中心。凸区比特的比特单元在凸区级别是均匀平坦的区域；凹区比特是通过控制位于六边形比特单元中央的(圆形)凹区洞而实现的。凹区洞的大小可以等于或小于比特单元大小的一半。这一要求消除了“信号折叠”问题，对覆盖了六边形比特单元21，22a，22b，22c，22d，22e，22f的完整区域的凹区洞会出现这种问题：这种情况下，对全零的簇(全部为凸区)以及全1的簇(全部为凹区)而言，产生完美的镜像，对这两种情况都具有完全相同的信号级别。必须避免信号级别上的这种二义性，因为这种二义性会妨碍可靠的比特检测。

对于高密度2D光存储来说，(线性化的)通道的2D脉冲响应可以通过中央抽头(tap)(抽头值c₀等于2)和6个最邻近的抽头(抽头值c₁等于1)近似到合理的准确度级别。这个7抽头的响应的总能量等于10，沿着切线方向的能量为6(中心抽头和两个相邻抽头)，沿着每个相邻的比特行的能量为2(每个比特行有两个相邻抽头)。

从这些能量考虑中，可以证明2D调制的主要优点之一是“共同的2D比特检测”方面，其中与每个单独的比特相关联的所有能量都被用于比特检测。这与具有标准的串话取消的1D检测形成对照，在1D检测中只使用了“沿着轨道”的能量，因而造成了每比特40％的能量损失。

当我们考虑在2D条的边缘处(对于它们，我们想输出顶部比特行)进行比特检测时，相似的观点也成立。顶部行中的比特的大约20％的信号能量已经泄漏在刚好在该条之上的比特行中的两个样本的信号波形的样本中：这两个样本位于当前条的顶部行中的比特的最邻近位置。从顶部比特行中泄漏出的20％正在泄漏到该条之下的比特行中：因为至少两个比特行宽的条还包括该条的顶部比特行之下的比特行，所以使用了这个能量。因此，不使用泄漏出的信息(当顶部比特行是所考虑的条的输出时，它已经在“向上”方向上泄漏了)会导致在该条的顶部行中进行比特检测在性能上的损失。

对上述缺点的解决方案是在品质因数的计算中包括位于该条上的比特行中的HF样本。注意：在这里只有该行的信号波形样本是重要的，并且该行中的比特是不变化的，因为它们不属于沿着正在考虑的条的维特比检测器的格子和状态而变化的比特的集合。以L-1标示该条上的比特行的行索引，分支度量可以(运行索引j现在从“-1”开始)标示为：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}=\underset{j=-1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{|{\mathrm{HF}}_{k,l+j}-\mathrm{RL}({\mathrm{\Σ}}_m{\→\mathrm{\Σ}}_n,j,l)|}^2$

图6中示意性地绘出了利用位于条之上的比特行中的比特的信号波形样本对分支度量的计算的这种扩展。应注意：在计算参考级别的过程中，条中的所有所需的比特行由两个构成了一个给定分支的状态来设定，该条之外的所有需要的比特都由前一个条在逐条比特检测器的当前迭代中确定，或者由逐条比特检测器的前一次迭代确定。

为了完整起见，应注意：上述说明适用于对条从顶到底的处理，其中每个条的输出是它的顶部比特行，并且在分支度量中考虑的额外比特行是正好在该条之上的行，其索引j＝-1。但是，对于相反的处理顺序，即从底到顶，每个条的输出是它的底部比特行，并且在分支度量中考虑的额外的比特行是正好在该条之下的比特行，其索引j＝3(对于3行的条而言)。

图3示出了3行条中维特比检测器的状态和分支。

首先解释了图3中所示的格子的基本结构，针对的是3行的条30的实际情况。假定2D脉冲响应的切线跨度为3个比特那么宽，即满足在六边形格子上进行高密度记录的实际条件的情况。由延伸过条30的3个行33a、33b、33c的整个径向宽度的两个列来指定两个状态31a、31b。因而在这个例子中正好有2^6＝64个状态。维特比比特检测器的步调与3比特的列34的发射频率相配合。3比特的列34的发射与从所谓出发状态∑_m31a到所谓到达状态∑_n31b的状态转变相一致。对于每个到达状态31b，正好有8个可能的出发状态31a，因而有8种可能的转变。两种状态31a、31b之间的转变在标准维特比/PRML专业术语中称为分支。因而对每次转变有两个状态，因而共有9个由这两个状态完全指定的比特。对于每个分支，有一组在分支比特上产生信号波形的理想值的参考值：如果沿着条30的实际2D比特流会在无噪声情况下会导致所考虑的转变，这些理想值就适用。对每个转变都可有分支度量与之相关联，这个分支度量根据出现在观察到的“噪声”信号波形样本(由HF标示)和由RL标示的对应的基准级别之间的差异，为所考虑的分支或转变给出了“吻合度”或“品质因数”。应该注意，所观察的波形样本上的噪声可能是由于电子噪声、激光噪声、介质噪声、冲击噪声、所考虑的2D脉冲响应的跨度之外的残余ISI等等所造成的。通常将构成分支的状态31a、31b这二者的公用的比特看作是分支比特，在分支比特上将要测量对品质因数的这些差：在图3中，这就是两种状态31a、31b的交集上的列中的3个比特。因而，如果k表示交集列的位置上的切线索引，并且L表示条30的顶部比特行33a，那么状态∑_m31a和状态∑_n31b之间的分支度量β_mn由下式给出：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}=\underset{j=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{|{\mathrm{HF}}_{k,l+j}-\mathrm{RL}({\mathrm{\Σ}}_m\→{\mathrm{\Σ}}_n,j,l)|}^2$

上面的公式基于对品质因数(L₂-norm)的二次误差测量的假设，品质因数(L₂-norm)对于加性白高斯噪声(AWGN)的假设是最优的。还可以使用误差测量，像差值(已知为L₁-norm)的绝对值。对于2D网格上给定位置k、L+j上的比特的参考级别的确定，需要位置k、L+j周围的六个环绕的比特22a，22b，22c，22d，22e，22f的值以及中心比特21的值：这7个比特21，22a，22b，22c，22d，22e，22f唯一地指定了要用于所考虑的比特位置21上的状态转变或分支的参考级别。

图4示出了处理一条宽螺旋的多个检测器。

现在将描述逐条比特检测器的标准操作方式。条43、45由有限数量的比特行44a、44b、44c构成。对于图4，示出了含有两个位于一个条中的比特行的条的实际情况。注意：在图4中，比特行由位于它的边缘的两个水平线界定。在每个条有两个比特行的情况下，条的数量等于比特行的数量。设计了一组维特比比特检测器V00、V01、V02，每个条一个比特检测器。为了计算分支度量所需的且位于给定条之外的比特取自相邻条的输出，或者假定为未知。在第一次迭代中，未知比特可以设置为0。第一个顶部条43由比特检测器V00处理而在比特检测器V00的输入上没有任何延迟，条43包括距保护带46最近的比特行44a作为它的的顶部行；并且它用保护带的比特作为已知比特。处理第一个条的比特检测器V00的输出是第一个比特行44a中的比特判定。第二个条45包含第二行44b和第三个比特行44c，并由第二个比特检测器V01处理，其延迟与第一个条43的维特比检测器的反向跟踪深度相匹配，以使来自处理第一个条43的比特检测器V00的输出的检测出的比特可以用于第二个条45的分支度量。对宽螺旋2中的所有条继续这个过程。从宽螺旋2的顶部到底部的整个过程被看作是逐条检测器的一次迭代。接下来，可以再次从顶部的保护带46开始而重复这个过程：对于刚好在一个给定条之下的比特行中的比特而言，可以使用来自前一次迭代的比特判定。

在对连续条从顶到底的处理中，假定最后的条处理器V10输出它的顶部比特行。这里另一可能的实现方式是：可以忽略掉底部条比特检测器V10，并变更2行条处理器V 09以处理三个顶部比特行44i、44j、44k，因而处理宽螺旋2的两个底部行44j、44k以使它同时输出这两行。

图5示出了对逐条比特检测器中的权重的降低。

在图4中，已经示出了从宽螺旋的顶部沿向下方向朝向宽螺旋的底部移动正在处理的条。该正在处理的条一行一行向下移动。每个条以该条的顶部比特行(它是最可靠的)的比特判定作为它的输出。该输出的比特行也用作对下一条进行比特检测的辅助信息，所述下一条是向下移动了一个比特行的条。另一方面，在当前迭代中还需要确定刚好跨越该条底部的比特行，所以只有初始化的比特值可以用在逐条比特检测器的第一次迭代中，或者任意随后的迭代中。由逐条比特检测器的前一次迭代产生的比特判定可以用于该比特行。因此，在图5中，上部比特行51中的逐3行条比特检测器V02的比特判定比顶部比特行53中的比特检测更可靠。这就是一个条的输出是它的顶部比特行的原因。另外，为了计算在底部比特行中所需的参考级别，我们需要(如图2中所解释的那样)：底部比特行中的分支比特54的六个最邻近的比特；这些最邻近的比特中的两个相邻比特55a、55b位于正好在所考虑的条之下的比特行56中，并且对这些相邻比特55a、55b而言，只有初步的比特判定(例如来自前一次迭代)可用。因此，就位于当前条50之下的比特行56中的这两个相邻比特55a、55b的比特错误的情况来说，这些错误会影响沿着维特比格子的后续路经中所选择的分支：事实上，可以通过在沿着该条的状态中选择有问题的比特来补偿这两个相邻比特55a、55b中的比特错误，以便能够将底部分支比特上的错误测量保持到足够低。不幸的是，这样平衡将把错误朝向条50的顶部比特行51传播，而这应该被禁止。

为了防止错误朝向条50的顶部比特行51传播，将底部分支比特的品质因数的权重从全部100％，即权重1降低到一个更低的分数。用w_i标示该条的第i行中的分支的权重，分支度量变为：

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}=\underset{j=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j{|{\mathrm{HF}}_{k,l+j}-\mathrm{RL}({\mathrm{\Σ}}_n{\→\mathrm{\Σ}}_n,j,l)|}^2$

通过把条50中的底部行53的权重挑选为大大低于1，就大大降低了正好在当前条50之下的比特行56中的未知或只是初步知道的比特55a、55b的负面影响。信号波形对分支度量的各贡献的权重也可以随着一次迭代到下次迭代而变化，因为在周围比特处的比特判定逐步变得越来越可靠。

出于完整性起见，注意上述说明适用于条从顶到底的处理，其中每个条的输出是它的顶部比特行，并且底部比特行的权重被降低。但是，对于相反的从底到顶的处理顺序，每个条的输出是它的底部比特行，并且顶部比特行的权重被降低。

在检测理论中，一个众所周知的事实是：在最佳维特比检测器中，给定了观察到的通道输出值，该分支度量就是通道输入比特的(负)对数似然。已经在小节3.1中论述了，该分支度量公式

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}=\underset{j=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{|{\mathrm{HF}}_{k,l+j}-\mathrm{RL}({\mathrm{\Σ}}_n\→{\mathrm{\Σ}}_n,j,l)|}^2$

从噪声是加性的、高斯型的和白噪声的假设中得出它的有效性。上述公式的和之中的平方来自噪声g_mn的高斯概率密度函数的对数，它也包括一个平方：

$-\log \left(\mathrm{Pr}\right\{g_{\mathrm{mn}}=g\left\}\right)=\frac{1}{2}\log \left(2\mathrm{\πN}\right)+\frac{g^2}{2N}.$

白噪声的假设意味着不同噪声分量在统计上是独立的，以使它们的概率密度函数可以加倍。因此，可以加上它们的对数似然函数，如在β_mn公式中那样。

这里我们想考虑的问题是：例如，对于光记录来说，噪声N的方差可能取决于给定通道输出HF_k，l+j的中心输入比特以及它的最邻近的比特的簇。例如，在激光噪声是主要噪声的情况下，更大的通道输出HF_k，l+j携带更多(倍增的)激光噪声(通常称为“RIN”，“相对密度噪声”)。这导致了在β_mn的分支度量公式中使用噪声N的什么值的问题。

这个问题的解决方案非常简单。根据一张簇相关的噪声方差表，我们为噪声方差N(∑_m→∑_n，j)(作为状态转变(∑_m→∑_n)和行索引j的函数)制作一张表，并且我们在分支度量公式中除以调整后的N值。

${\mathrm{\β}}_{\mathrm{mn}}=\underset{j=0}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}{w}_j\frac{{|{\mathrm{HF}}_{k,l+j}-\mathrm{RL}({\mathrm{\Σ}}_m{\→\mathrm{\Σ}}_n,j,l)|}^2}{N({\mathrm{\Σ}}_m{\→\mathrm{\Σ}}_n,j,l)}$

当噪声确实取决于给定通道输出的中心输入比特和簇时，在上述分支度量公式中考虑它将使分支度量更接近等于这一小节的引言中所述的对数似然函数。总体上，这是对比特检测器输出上产生的比特错误率的改善。

图6示出了采用条之上的比特行中的比特上的信号波形样本对分支度量的计算的扩展。

在图4中，已经示出了条从宽螺旋的顶部沿向下方向朝向宽螺旋的底部移动。逐条处理一行行地向下移动。每个逐条检测器以从该条的顶部比特行(它是最可靠的)获得的比特判定作为它的输出。前一条的输出比特行66也用作对下一条60进行比特检测的辅助信息，所述下一条是向下移动了一个比特行的条。如图6所示，条60包括三个比特行61、62、63。在图5中，也解释了降低底部比特行63的权重，以防止由与低比特行63中的比特相关联的更高的不确定性导致的错误向上传播。

由前一条的比特检测产生的输出比特行66有更高的可靠性，这个比特行66中的比特65a、65b可以用作处理下一条60的辅助信息。当前一条的比特检测产生的输出比特行66是从保护带得到时尤其如此。保护带有很好的编码信息甚至是预定义的数据，导致下一条60的比特检测中所用的辅助信息具有100％的可靠性。

在宽螺旋具有两个其比特已为检测器所知的保护带的特定情况下，两个锚比特行的比特可靠性是100％。另一个例子是2D格式在螺旋中间具有额外的比特行的情况，该额外的比特行被进行了编码以使它比其它行具有更高的比特可靠性；然后，可以设计条的两个V形行程，一个在中心比特行和上部保护带之间操作，另一个在相同的中心比特行和下部保护带之间操作。例如，中心比特行4可以用1D游程长度受限(RLL的)通道代码进行通道编码，所述1D游程长度受限(RLL的)通道代码能够使在通道上的传输具有健壮性：例如，d＝1的RLL通道代码去除了信号图案的重叠区域中的一些簇(中心比特为“1”相邻比特为6个“0”的那些簇，反之亦然)，由此一方面提高了比特检测的健壮性，但另一方面由于受到约束的通道编码导致降低了该行的存储容量。

在给定条的维特比处理器的反向跟踪期间，一种选项是输出该条的所有比特行以便存储具有最近的比特估计的比特阵列。这种手段的目的是为维特比处理器在V形比特检测模式的上半部、下半部和中心区域中获得更统一的体系结构。

在任何维特比比特检测之前，以相对较差的比特错误率(bER)性能进行一些初步的比特判定是有利的。例如，在每个条的一边，已经从前一条确定出的比特在该条与保护带直接相邻时被设置为零；在该条的另一边，需要比特判定以便能够为该条内相邻比特条中的比特获得参考级别：这些比特判定可以从逐条比特检测器的前一次迭代中获得，或者当逐条比特检测器的第一次迭代正在被执行时从初步的比特判定中获得。这些初步的判定正好能够通过将所有比特置为零而获得，但这不是一种聪明的想法。

更好的方法是根据阈值级别(限幅器级别)应用阈值检测，阈值级别取决于该行是否与(由全零构成的)保护带相邻。就与保护带相邻的比特行来说，一些簇级别被禁止。因此，阈值级别被向上移动。计算出阈值级别作为中心比特等于0且有三个1比特为邻的簇级别以及中心比特等于1和一个1比特为邻的簇级别之间的级别。于是，对这种情况，这个简单的阈值检测的期望的比特错误率等于2/32，约为6％。就不与保护带相邻的比特行来说，计算出阈值级别作为中心比特等于“0”且有四个1比特相邻的簇级别和中心比特等于1并有两个1比特相邻的簇级别之间的级别。于是，对这种情况，这个简单的阈值检测的期望的比特错误率等于14/128，约为11％。尽管这些bER相当高，但它们已经大大好于通过硬币投掷获得的50％的bER，在与保护带相邻的比特行尤其如此。在逐条比特检测器的执行之前获得的这些初步的比特判定还可用作数字接收器的自适应循环(例如，定时恢复、增益控制和偏移控制、自适应均衡等等)的输入。注意：适当的限幅级别的上述推导取决于所选择的实际2D存储密度以及所引起的信号级别在“信号图案”中的重叠。

图7中示出了2D六边形网格上条的不同对角方向。对这种对角方向来说，包括3个比特行72a、72b、72c的条71的移动沿着宽螺旋70的方向发生。这意味着在沿着宽螺旋70的切线方向移动一比特的距离能够发生之前，必须以保护带73、74的状态终止结束维特比处理(已知保护带73、74中的比特为零、预定值或可变的错误受保护的值)。后一方面是相对于硬件实现方式的并行化的实际缺点。可以将沿着不同方向操作的逐条比特检测器的不同执行一个接一个级联起来。另外，可以设计比图7中所示的取向更多的倾斜取向。图中所示的取向是沿着2D六边形网格的基本轴取向的可能性之一，在它们之间正好有60度的夹角。

Claims (14)

1.一种符号检测方法，用于检测沿着一组符号行的记录载体上的N维通道管而记录的数据块的符号值，N至少是2，一个符号行在空间上沿着第一个方向伸展并沿着N-1个其它方向中的至少第二个方向彼此对齐，所述第一方向与所述N-1个其它方向一起构成了符号位置的N维网格，所述方法包括迭代地逐条运用符号检测步骤，其中条是包含至少一行和一个相邻行的子集，所述符号检测步骤包括：

-采用符号检测算法估计第一条中的至少一行的符号值，从与第一条相邻的至少一个行中取得的辅助信息被用在对所述符号值的估计中；

-处理第二条，其特征在于由第一符号检测器来执行对第一条的处理，而由第二符号检测器来执行对第二条的处理。

2.如权利要求1所述的符号检测方法，其特征在于用于第二符号检测器的辅助信息是从第一符号检测器取得的。

3.如权利要求1或2所述的符号检测方法，其特征在于第二条具有与第一条直接相邻的至少一个行。

4.如权利要求3所述的符号检测方法，其特征在于：一旦从第一符号检测器取得了辅助信息，第二符号检测器就执行对第二条的处理。

5.如权利要求1、2、3或4所述的符号检测方法，其特征在于至少一个辅助信息是从预定义的数据取得的。

6.如权利要求1、2、3或4所述的符号检测方法，其特征在于第一条含有预定义的数据。

7.如权利要求1、2、3或4所述的符号检测方法，其特征在于第一条含有采用冗余编码进行高度保护的数据。

8.如权利要求1、2、3或4所述的符号检测方法，其特征在于至少一个辅助信息是从采用了冗余编码进行高度保护的数据取得的。

9.如权利要求5、6、7或8所述的符号检测方法，其特征在于预定义的数据是保护带数据。

10.如权利要求9所述的符号检测方法，其特征在于N维通道管由多个保护带界定。

11.如权利要求9所述的符号检测方法，其特征在于N维通道管由N-1维保护带界定。

12.一种符号检测器，含有第一检测器和第二检测器，所述第一检测器包括用于估计第一条中的符号值的估计装置、用于接收从与第一条相邻的至少一个行中取得的辅助信息的接收装置、所述接收装置耦合到估计装置以将所述辅助信息提供给估计装置从而用在对所述符号值的估计中、和用于提供另一辅助信息的输出装置，所述第二检测器包括用于估计第二条中的符号值的另一估计装置、用于接收从第一检测器的输出中取得辅助信息的另一接收装置、所述接收装置耦和到另一估计装置以将所述辅助信息提供给另一估计装置从而用在从第二条对所述符号值进行的估计中。

13.一种含有如权利要求12所述的符号检测器的播放装置。

14.一种采用了权利要求1至11的方法中的一个的计算机程序。

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