CN1823379A - 确定用于在记录载体上记录信息的写参数的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定用于在记录载体上记录信息的写参数的方法,所述信息以一个多维信道数据流的形式被记录成一个信道带,所述信道带至少有两个符号行,它们沿第一方向一维地展开并沿第二方向互相对准。特别在只读光学记录载体(ROM)的情形中,为了确定作为要被在ROM盘上刻制的凹坑位的写参数的凹孔大小,用于记录所述信道数据流的一个符号单元的凹坑符号的写参数是在综合考虑了以下因素后确定的,其中一个符号单元包含一个中心符号和若干相邻符号,所述相邻符号中的一些与中心符号位于相同的符号行上,以及其它位于相邻的符号行上:(ii)与符号单元的中心符号位于相同的符号行中的符号单元的相邻符号的符号值;以及(iii)位于与符号单元的中心符号所在的符号行相邻的符号行中的符号单元的相邻符号的符号值。此外,提出用于确定写参数的迭代过程。

Description

确定用于在记录载体上记录信息的写参数的方法和装置
本发明涉及一种确定用于在记录载体上记录信息的写参数的方法,所述信息以一个多维信道数据流的形式被记录成一个信道带,该信道带至少有两个符号行,它们沿第一方向一维地展开、并且沿第二方向互相对准。本发明进一步涉及一种确定用于在记录载体上记录信息的写参数的方法和对应的装置,所述信息以一个信道数据流的形式被记录成一个信道带,该信道带至少有一个符号行,该符号行沿第一方向一维地展开,其中写参数由一个迭代过程确定。本发明进一步涉及一种用于在记录载体上记录以信道数据流的形式的信息的记录方法和对应的记录设备。本发明进一步涉及一种用于实现所述方法的计算机程序以及一种记录载体。
记录载体一般可以基于磁记录原理或光学记录原理。进一步的说明更详细地集中于光学记录载体,然而,这并不排斥其它类型的记录载体。
一般来说,对于2D光学记录信道的整体来说,也就是,对于位于信道的发送端的写信道和位于信道的接收端的读信道的组合来说,应实现某些特性。一个主要目的是信道的线性化。假设读信道多多少少被中心孔径CA)检测的特征确定,中心孔径检测即1D光学记录中通常使用的检测模式(例如参见J.Braat的“Read-out of Optical Disks”,该文载于“Principles of Optical Disc Systems”,Adam Hilger Ltd,1985,pp.7-87)。读信道的非线性特征必须由在写信道一端采取的适当措施进行补偿:这被称为写预补偿(write-precompensation),这是通过写策略实现的。信道符号(位,或更一般地,M进制符号)通过一个所谓的(非线性的)发送滤波器进行处理,以生成用于物理的写信道的参数。如果写策略中的(小)缺陷导致不完全的线性化,则剩余的非线性可被一个互补接收滤波器处理(通过一种非线性补偿)。因此,需要一种用于2D光学存储器、尤其是用于ROM介质的适当写策略。此外,也要求用于在可记录和/或可再写的2D光学存储器中的写策略的专门措施。
欧洲专利申请EP 02076255.5(PHNL 020279)中描述了一种写策略过程,它实现在位的(准)六边形二维网格上的2D调制中被检测的高频(HF)信号值的第一需要的特性。该“物理”检测基于入射在光电检测器上的光子密度的中心孔径检测的原理(PDIC)。在六边形网格上,一个六边形群由7个位组成,包括1个中心位和6个(最近的)相邻位,该六边形群被视为一个基本单元,也称作符号单元或位群。第一需要的特性是,HF信号值展示一种具有渐增数目的凹坑型(pit-type)的相邻位(“1”位)的系统的滚降(roll-off):这个特性必须适用于中心位的两种可能的位值。当(例如对凹坑位来说)这个特性得不到满足时,则必须处理信号交迭的问题,这意味着HF信号值(的部分)随着渐增数目的相邻凹坑位(当中心位是凹坑型时)而增加(而不是减小);此外,在凹坑位的位单元由100%的“凹坑区”组成时发生最大信号交迭的情况下,这意味着全平面(all-land)情况时的HF信号与全凹坑情况时的HF信号相同(二者的表现呈理想的镜像)。
当凹坑位物理地被刻制(master)(在ROM盘中)以使得凹坑区覆盖一个位单元(它是一个六边形,2D六边形网格的基本单元)的大部分、甚至全部区域时,通常发生信号交迭。信号交迭的消除是通过写比最大可能的凹孔(pit-hole)小(得多)的凹孔而实现的:对于占空因数(duty factor)为50%,实现信号值的一个相当方便的滚降,也就是,凹孔覆盖可用的六边形的大约一半的面积。
除了上述的“第一需要的特性”外,将要实现要通过一个扩展的写策略实现的第二个额外需要的特性。可以想到各种“第二需要的特性”。一个非常可能的候选是,HF信号值展现对于线性响应来说为典型的信号变化。许多候选位检测方案期望线性响应;由于这个类型的位检测器不能处理信道非线性,所以在均衡和位检测前必须包括某种(可能是无存储器的)非线性补偿(NLC)。使用这样一个NLC电路有两个缺点:第一,(无存储器的)NLC的精确性有限;以及第二,假设噪声分布是独立于电平的,由于限制噪声的影响,在可用的幅度空间上尽可能多地展开HF信号是有益的:这样的情形通过按照“第一需要的特性”的措施是不能实现的,因为代表“1”位的信号电平是被非线性地压缩的,从而在NLC之前产生非等距的信号电平。NLC操作于是将产生随信号电平而定的噪声分布。因此,在任何信号处理之前,采用一个在光电检测器的物理位检测的输出端发送“线性电平”(尽可能地线性)的写策略是有益的:结果是,对于每个单独电平来说,噪声变化都将是相等的。
在WO 01/57856中公开了一种用于多层(ML)(一维)光学记录的所谓的PIP TM(预补偿迭代过程)写策略。其中,一个专用写策略基于一个写策略矩阵,该写策略矩阵依赖于要被写入的中心符号及其有限数量的相邻符号。PIP被提升为一个自适应ML写策略,用来去除多数非线性的信道效应。特别地,PIP通过减少相邻信号电平的分布之间的重叠来使数据恢复更具鲁棒性,这是通过减少这些分布的宽度并且最重要的是通过集中分布以使多层系统的层等距而完成的。
在二维模式中,在一个特定的位置,完全相同的位群(或符号单元)可能出现,因此相同的群类也可能出现。如在WO 01/57856中公开的用于一维编码方案的基于写策略表或矩阵的写策略,于是产生完全相同的写策略参数,例如完全相同的凹孔半径。然而,即使位群是相同的,围绕该群的位也可能不同,这样,位群的各个位具有的写参数(例如凹孔大小)将不同于它们的额定值。这些与额定写参数(凹孔半径)的局部偏差将影响要在中心位作出的对写参数的最佳选择。通过扩展写策略表的大小,例如通过加入位群的更多相邻位的环或壳可以部分地解决这个问题。一个位影响相邻位的写参数的选择的这个“连锁效应”的全面解决将是具有一个非常大的写策略表,然而这是不切实际的。
本发明的一个目的是提供一种用于确定能被有效地用于多维编码方案的写参数的方法和对应的装置。本发明的另一个目的是提供一种用于确定考虑了上述的“连锁效应”、优选地避免使用很大的写策略表或矩阵的写参数的方法和对应的装置。此外,还提供一种使用本发明的适当的记录方法和记录设备、计算机程序和记录载体。
按照本发明,这个目的是通过如权利要求1中所要求的方法实现的,其中,用于记录所述信道数据流的一个符号单元包含一个中心符号和多个相邻符号,相邻符号中的一些与该中心符号位于相同的符号行上,而另一些位于相邻的符号行上,
一个符号单元的凹坑符号的写参数是在综合考虑了以下因素后确定的:
(i)该符号单元的中心符号的符号值;
(ii)与该符号单元的中心符号位于相同的符号行中的该符号单元的相邻符号的符号值;和
(iii)位于与该符号单元的中心符号所在的符号行相邻的符号行中的该符号单元的相邻符号的符号值。
与从WO 01/57856中所知的解决方案相反,用于记录一个符号单元的凹坑符号的写参数不但取决于与所考虑的符号所位于的符号行相同的符号行中的相邻符号,而且还取决于在所考虑的符号所位于的符号行的上方或下放的符号行中的相邻符号。这样,相邻符号行中的符号的符号值部分地决定一个给定行中一个符号的写参数,以便实现在所述给定行中所述符号的HF信号的特征。
在本发明的一个实施例中,写参数是通过使用一个包含所有可能的符号单元类的写参数的参数表来确定的,用于记录一个位于符号单元的中心符号的凹坑符号的写参数是按照实际的所述符号单元从该参数表中选择出来的。对于中心符号的每个值,并且对于该中心符号的(相邻符号的)每个可能的环境,参数表(也称为写策略矩阵)中的一个条目(entry)产生将要在物理写信道中使用的所考虑的符号单元的中心符号的一组(至少一个)写策略参数。例如当写策略牵涉多于一个的物理参数时,可以使用一个写策略矩阵集合(优选是在可再写系统中),而不是使用一个写策略矩阵;另一个使用一个写策略矩阵集合的应用涉及的情形是,每个矩阵是为写信道的一个物理状况(例如写激光点相对于盘的倾斜)设计的。
按照本发明,本发明的根本目的进一步由如权利要求4中所要求的方法实现,该方法包括以下步骤:
-把用于记录所述信道数据流的凹坑符号的写参数设定为预备参数值;
-通过搜索最佳地满足用于记录凹坑符号的写参数的一个预定标准的更新的参数值来更新预备参数值,所述标准是由HF信号值的差确定的,该HF信号值的差将通过使用一个信道模型而被确定,或者将在通过使用(在前一迭代中被更新的)更新的参数值和参考HF-信号值来读出所记录的凹坑符号的期间被获得;
-迭代所述更新,直到满足一个预定的条件。
按照本发明这个第二实施例,提出一种通过“进行中的”(迭代的)计算过程进行的写预补偿,该过程对一个信道符号序列顺序地进行,优选地(大致)按这些符号必须被写到记录载体的次序进行:从(一个有限集合的)在先信道符号的(已经确定的)写参数和(一个有限集合的)将来信道符号的写参数中导出一个当前信道符号的写参数。至少在所述过程的第一次迭代中为这些将来符号设定一个平均(预备)写参数。在下一个迭代中,对于将来信道符号来说,在前一迭代期间所获得的写参数可被用来更新当前信道符号。一个符号群的写参数因此将不仅由该群的构成来确定,而且在某种程度上由在先信道符号序列的历史(存储)来确定,该在先信道符号序列通过已经在该在先序列的信道符号设定的写参数的值来产生在沿该信道符号序列的一个给定位置的所考虑的群。
本发明优选被应用于2D光学记录,在2D光学记录中,信息要以一个信道数据流的形式被记录成一个信道带,该信道带至少有两个符号行,所述符号行沿第一方向一维地展开,并且沿第二方向互相对准,所述两个方向构成一个二维的符号位置的网格。然而,本发明是普遍适用的,即它也能应用于沿3D(或者在理论上更高维的)阵列排列数据的多维记录。
适于执行所述方法的对应装置在权利要求14和15中被限定。权利要求16和17中要求保护一种记录方法和对应的记录设备,其中通过使用由以上定义的过程所确定的写参数来记录凹坑符号。权利要求18中限定了一种计算机程序,其包括程序代码装置,用于在所述计算机程序在计算机上被执行时使计算机执行上述方法的步骤。
从属权利要求中限定了本发明的优选实施例。写参数要满足的预定标准优选地由所谓的“读出”HF信号值(其是从读出获得的或者将要从读出获得的HF信号值)与所谓的参考HF信号值的差的绝对值的和来确定,或者由所述“读出”HF信号值与所述参考HF信号值的平方差的和来确定。优选地,所述的和包含一个特定的符号区中的所有凹坑符号和非凹坑符号(或“平面”符号)的平方差,并且所述和要在更新期间被最小化。
按照本发明另一个实施例,提出该预定条件是,每个凹坑符号的写参数已经被更新一个预定的次数,或者它已经达到一个低于一个预定阈值的值,因此该预定条件是一个质量量度或质量因数(figure-of-merit)。
参考HF信号值是从一个为线性信道产生的假设的理想信号中获得的,该线性信道是能被线性(二维的)脉冲响应表示的信道。另一方面对于读出HF信号来说,实际上将使用有限数目的写参数,为此,预先根据一个很好地代表读信道中的实验信号生成的计算模型而确定所得的HF信号值。然后,用一个如上所定义的合适的最小化过程,就能找到给出(从用于信号生成的计算模型获得的)“读出”HF信号与(线性)参考HF信号值之间的最佳匹配的写参数集合。对于有限数目的写参数来说,这样一个最小化过程可用一个动态程序设计方法来解决,该方法就像用于读中的位检测的维特比算法一样。鉴于在写参数有许多可能的凹孔大小的情况下涉及M进制维特比的巨大复杂性的状况,按照本发明,优选用一个低复杂性并且稍微次优的优化过程来实现关系到最佳写参数集合的匹配,最佳写参数集合实现目标线性HF信号值与“读出”信号值之间最接近的匹配,其中“读出”信号值既可以是为从计算信道模型导出的写参数集合计算的,也可以是直接测量的,此时写参数已经被采用来在一个迭代写实验中写符号。
如上文已经说明的那样,“读出”HF信号值和参考HF信号值是根据符号单元确定的,该符号单元也叫位群或符号群,每个符号单元包含一个中心符号和若干个相邻符号,特别是若干个围绕该中心符号的最近的相邻符号。这样一个符号单元例如可以是一个六边形群,其包含一个中心符号和6个位于最近相邻距离的围绕的符号。可替代地,可以使用一个正方形群,其包含一个中心符号和4个最近的相邻符号。对六边形群的情况来说,6个最近相邻符号中的两个与中心符号位于相同的符号行中,以及其它4个最近相邻符号位于相邻的符号行中。
此外,对于第二实施例的迭代过程来说,在该方法的第一步骤中为凹坑符号设置的预备写参数优选是从一个含有所有可能的符号单元类(具有一个中央凹坑符号)的写参数的参数表中导出的。可替代地,假设一个具有二进制调制的信道,则可以在第一次迭代之前赋予所有凹坑符号以相同的固定写参数。
按照包含迭代过程的第二实施例的一个优选实施例,按照本发明的迭代优化过程基于一个滑动窗口方法,按照该滑动窗口方法,在所述迭代的更新步骤中,要被更新的凹坑符号的写参数对于定义一个检测窗口的若干符号列来逐个符号列地连续进行更新,其中在每个迭代后,检测窗口在包含若干个在第二方向上互相对准的位行的宽螺旋的切线方向上至少移动一列,由此把在滑动后进入检测窗口的新列中的符号的写参数设置为初始预定值,并且其中对一个给定的列重复该迭代,直到所述列被移出所述检测窗口。这是一个用于更新写参数的简单顺序过程,其可被容易地实现。
按照本发明要被确定的写参数主要取决于要用的记录载体的类型。对于只读(ROM)记录载体来说,需要确定凹孔大小,这是在刻制期间通过应用一定的激光强度照射一个光致抗蚀剂层而实现的。对于可再写的记录载体,根据相变技术,通过一连串明确定义的激光功率的激光脉冲来实现一定的无定形区。这样,就能确定产生一个给定的凹孔大小的更直接的物理参数而非凹孔大小,这些物理参数诸如是写脉冲的特征,特别是多个写脉冲的数目、持续时间和/或功率电平,或者在更简单的情形中是一个单独写脉冲的功率电平。
权利要求19中限定了一种在其上已经通过使用按照本发明的方法记录了凹坑符号的记录载体。从该记录载体例如通过使用SEM、TEM或AFM图像可以看到,凹孔大小是否独立于位群类型而全部相同,或者它们是否依赖于一个群而不同。在后一种情况中,甚至于有可能区分两种情况:在第一种情况中,对于一种群类型所出现的所有群导致相同的凹孔大小,这表明已经使用过一个写策略矩阵或表。在第二种情况中,对于一种群类型所出现的群可导致稍微不同的凹孔大小,因为使用了按照本发明的更新策略。为了识别变化是随机的还是按照特定更新策略的,可以评估一个给定群类型的凹孔大小的2D相关特性来作为其相邻符号的函数,于是这表明本发明的第二实施例已经被用于确定凹孔大小。
现在将参考附图更详细地解释本发明,附图中,
图1示出一个编码系统的总体布局的框图;
图2示出一个指示一种基于条的二维编码方案的示意图;
图3示出一个用于六边形网格上的二维编码的示意性信号模式;
图4示出在一个六边形群中的两种双线性干涉;
图5示出按照本发明所使用的六边形位群;
图6示出作为群类型的函数的HF信号模式;
图7示出作为各种固定凹孔大小的六边形网格上的2D调制的群类型的函数的HF信号模式;
图8示出按照本发明的一种迭代方法的示意图;
图9示出一个7位六边形群的基本群类;
图10说明本发明所基于的问题;
图11说明本发明的滑动窗口实现;
图12更详细地说明本发明的方法;
图13示出一个7位六边形群,在第1最近相邻位壳外有12个环绕的位;
图14示出图13中所示的7位群的群类;以及
图15示出按照本发明的方法的另一个实施例的示意图。
图1示出一个数据存储系统的典型的编码和信号处理单元。用户数据从输入DI到输出DO的环路可包括交错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,以及调制码和交错ECC的解码80、90。ECC编码器20向数据增加冗余,以便提供免受来自各种噪声源的错误的保护。ECC编码的数据然后被传送到调制编码器30,该调制编码器使数据适应信道,即它把数据处理成一种较不可能被信道错误破坏并且在信道输出端更容易被检测的形式。调制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(例如光电检测器器件或电荷耦合器件(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位)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,通过一个位检测器70将伪模拟数据值阵列转换成一个二进制数字数据阵列。然后将该数字数据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。
在欧洲专利申请EP 01203878.2中描述了按照信道位的最近的相邻群对六边形网格的2D约束的编码。其中,主要专注于就其在信道上更加鲁棒的传输方面的优点的那些约束,而不是专注于这种2D码的实际构造。后一个主题在欧洲专利申请02076665.5(PHNL 020368)中涉及,即其中描述了这样一个2D码的实现和构造。举例来说,以下将说明某种2D六边形码。然而应当注意的是,本发明的总体构思和所有手段可以普遍应用于任何2D码,特别是任何2D六边形或正方形网格码。最后,该总体构思也可以应用于具有码在某一方向的一维展开的特征的可能具有各向同性(isotropic)约束的多维码。
如上所述,以下将考虑一个2D六边形码。2D六边形网格上的位可按位群来标识。一个六边形群包括一个位于中心网格点的位,它被位于相邻网格点的6个最近的相邻位围绕。码沿着一个一维的方向展开。一个2D条由若干个1D行组成,这些行在与第一方向正交的第二方向上互相叠加。图2中显示基于条的2D编码的原理。若干个条连贯地一个叠在另一个上面,形成一个宽的二维带,该带可在光盘上盘旋(这样一个带也被称作“宽螺旋”)。在宽螺旋的连续旋转之间,或者在相邻的2D带之间,可以设置一个例如一个(空的)位行的保护带(用零位填充的,因此等于平面标记)。
六边形网格上的2D记录的信号电平由一个对于可能的所有六边形群的完全集的HF信号的幅值的图来标识。进一步使用各向同性的假设,就是说,假设信道脉冲响应是圆对称的。这意味着,为了表征一个7位的群,要紧的只是标识中心位以及最近的相邻位中“1”位(或“0”位)的个数(6个相邻位中的0、1、...、6个都可能是“1”位)。在我们的记号中,“0”位是一个平面位。图3中示出一个典型的“信号模式”。假设一个宽螺旋由11个平行的位行组成,在连续的宽螺旋之间有一个1(空的)位行的保护带,图3的情形与传统的1D光学记录(如在例如蓝光光盘(BD)格式中所用的(采用一个具有405nm波长的蓝色激光二极管和一个数值孔径NA=0.85的透镜))相比相当于密度增加1.7倍。
信道非线性的基本起因是所检测的信号与在光电检测器处的光子概率有关的事实。(在标量衍射理论中)光子概率被模拟成(复数值的)光子波函数(其描述光子的可能有像差的波阵面与由凹坑和平面构成的光盘上的相位结构和幅度结构的相互作用)的平方模数(squaredmodulus)。光子波函数与被写在盘上的位之间的关系(至少)是线性关系。因此,光子概率函数与位之间的关系(至少)是双线性(bi-linear)关系,这里所用的术语“双线性”表示一个二阶的非线性。
为了完整,要注意的是,光子概率函数被进一步在光电检测器上积分:这产生所谓的中心孔径信号,其指的是光子概率在(出射)光瞳的平面中的(数学上等效的)积分。信道模型产生线性和双线性的项。在双线性项中,(与照射点的中心足够近)每个凹坑位的自干扰项以及每个二位对(两个凹坑位都在照射点的区域内)的交叉干扰项被获得。这些双线性项在图4中被示出。当凹坑对的两个凹坑位的距离大于六边形网格的最近相邻距离(等于由a表示的六边形网格参数)时,交叉干扰项变得相当小:因此,只考虑最近的交叉干扰是一种良好的近似(尤其是对于中间密度)。
如果把信道的干扰进一步限定到7位六边形群的位,则可以将HF信号非常好地近似模拟为(为了简单,假设对于中心孔径信号的最大调制来说,一个具有单程相位调制的凹坑深度等于π/2;并且假设所有凹坑位有固定的凹孔半径):
HF=1-4b0(l0-s0,0)-4n(ln-sn,n)+8nb0X0,n+8pnxn,n
这基本上是一个4参数的模型(每项一个参数)。参数和变量有以下的解释:
n:凹坑型的(中心位的)最近相邻位的数目;
b0:中心位的位值(凹坑位为″1″,平面位为″0″);
l0:中心位的线性干扰的抽头值(tap-value);
ln:(最近)相邻位的线性干扰的抽头值;
s0,0:中心凹坑位的自干扰的值;
sn,n:(最近)相邻位的自干扰的值;
x0,n:在中心凹坑位与(最近的)相邻凹坑位之间的交叉干扰的值;
xn,n:两个(最近的)相邻凹坑位(中心位的相邻位)(其也是互相最近的相邻位)之间的交叉干扰的值;
pn:(最近的)相邻位中(最近的)相邻凹坑对的数目。
下表示出对于最近的相邻凹坑位的数目n的不同值的参数pn的可能值(及其平均值<pn>):
  N  相邻凹坑对的#(pn)   <pn>
  0  0   0
  1  0   0
  2  0,1   0.4
  3  0,1,2   1.2
  4  2,3   2.4
  5  4   4
  6  6   6
上面的等式只适用于所有凹坑位有一个固定的凹孔半径。如果允许变化的凹孔半径,则应该代之以使用上述等式的一个通用形式,该通用形式为:
HF=              1-4b0(10[S0]-s0,0[S0])
-4∑6 i=1bi(ln[Si]-sn,n[Si])
+8∑6 i=1b0bix0,n[S0,Si]
+8∑6 i=1bibi+1xn,n[Si,Si+1])
其中使用了与上面的等式相同的术语,但是明显地涉及由Si表示的凹孔表面以用于凹坑位i的凹坑表面。图5中示出在六边形群上的位的下标体系(并再次假设b7与b1相同)。
图6示出对于a=165nm和凹坑直径b=122.5nm的HF信号模式。从图中可以清楚地观察到按照不同pn参数的数目的11个不同的信号。获得平均HF信号值(由图6中的实线表示)以作为对具有一个给定值n(在0和6之间)的所有群的平均。这个平均值由在上面的表的第3列中列出的<pn>的值确定。由于xn,n是个正数,所以该图对于较高的n值显示向上的弯曲(对于b0=0和b0=1两种情况)。因此得出结论,在这个模型中有两个基本的非线性类型。第一,有与受pn支配的交叉干扰xn,n相关的非线性。第二,有与交叉干扰x0,n相关的非线性,该x0,n取决于含有中心(凹坑)位和在中心位的(最近的)相邻位中的凹坑位的凹坑对的数目(该数目被定义为n):所以,前因子x0,n与积nb0成比例。由于x0,n是个正数,所以对于中心位b0=1的情形来说,与中心位b0=0的情形相比,第二个非线性类型(上述等式的右边第4项)归结为一个不同的(更小的负)斜率的线性干扰。
在上述的欧洲专利申请02 076 255.5(PHNL 020279)中提出对所有凹孔使用单一的半径,而不管对应的中心凹坑位属于的群的类型如何,以作为一种防止特别是ROM盘上的信号交迭的令人满意的手段。在图7中,可以看到各种(固定的)大小(直径b)的刻制凹孔的HF信号模式,它们对应于一个六边形网格参数a=165nm和一系列的固定凹孔直径b=100nm、120nm、140nm和165mn。这些HF信号已经通过为2D六边形网格定制的标量衍射模型而获得。
图8说明按照使用迭代过程的本发明第二实施例的方法的基本原理。在输入端提供必须被写到盘的2D位模式。对于每个位位置(由坐标(k,l)表示),检索由中心位和其相邻位组成的位群的信息。在初始化步骤中,将(非零)位bkl的写参数p0 ld设定为一个预备值,例如一个固定的写参数(例如凹孔大小),或者从一个表或矩阵中获得该写参数。之后,在一个迭代过程中更新这些预备值。
所涉及的位群可以由中心位加上若干个壳组成,所述壳由相邻位组成,它们都与中心位有相同的距离。最简单的情形是只有一个壳(含有最近的相邻位的)的情形,这产生7位的群。这个一个壳的情形对于2D光学记录中适度的甚至相对较高的记录密度来说似乎相当精确。因此,在下文中将其作为一个代表性但具体的例子更详细地加以论述。
原则上,可以为在读出点中存在的任何对称性(如椭圆形形状)而设计写策略。为了简洁起见,从现在起考察各向同性的(读)信道特性,这意味着一个具有圆对称的对称性的读信道,或者至少一个与2D位网格的六边形(旋转)对称性兼容的对称性。现在为这种情形推导基本的(或独立的)群类:一个群类包括可以通过旋转60、120、180、240或300度而从一个被变换成另一个的所有群。结果有28个这样的独立群类,14个的中心位值b0等于0,以及14个的中心位值b0等于1(只考虑具有位值b0=1的凹坑位的非零凹孔半径)。这些基本群类在图9中被表示为PAT-01、PAT-02、...、PAT-14。为了描述不同的群类,我们采用了如图9中所示的约定。对于每个群类来说,它的多样性(由xi表示)由数字“i”指示,这是属于一个给定群类的群的数目。应当注意的是,类(的旋转变体)PAT-08和PAT-09可以通过点倒置(以倒置的中心位于群的中心)从一个变换为另一个。所以,如果增加倒置对称,则不同的群类的数目被减少到13(PAT-08和PAT-09变成退化的)。如果只考虑x0,n的下一个相邻位的非线性,则有可能接着减少不同类的数目。然后,类PAT-03和PAT-04变成退化的;对类PAT-10和PAT-11来说同样成立。这样,不同类的数目已经变得等于11。如果只把相邻凹坑位的数目作为相关参数考虑,则有可能进一步(以及更剧烈地)减少到只有7个不同的类。
现在将参考图10解释本发明所基于的问题。如图10a和图10b中所示,在位置(k,l)处发现两个由圆圈指示的情形表示两个完全相同的群C1、C2,因此也是相同的群类。一个基于一个写策略表或矩阵的写策略将产生相同的写参数。
然而,在图10b中所示的情形(2)中,在圆圈中7:30处的凹坑位b52的周围有3+1个(群C2的中心位)凹坑位,而在图10a中所示的情形(1)中,在相同的凹坑位b51周围只有1+1个凹坑位。在决定群类的圆圈的外部的位没有凹坑型相邻位的情形也是可能的。
位b51和b52因此将分别有不同的凹孔大小,或者更一般地来说将有对于两种情形的不同的写参数。这些不同的大小将影响要对中心位bk1的凹孔大小所作的最佳选择。这可以部分地通过扩展写策略表的大小例如通过包括相邻位的更多的环或壳(使圆圈被画得越来越大)而解决。对这种一个凹孔影响相邻凹孔的选择的“连锁效应”的完全解决将是要具有一个非常大的写策略表,然而这实行起来是不切实际的。
因此按照本解决方案在考虑到上述的“连锁效应”的情况下提出进行对凹孔大小的“进行中的”优化。取代(ROM的)凹孔大小,也有可能优化写信道可能基于的任何参数集合(例如用于相变记录的激光脉冲集合,每个激光脉冲有一定的持续时间和一定的激光功率),比如写脉冲的功率电平或数目。
对于接下来的解释,假设一个凹坑位的凹孔大小有L个可能的值,读信道的存储器(即ISI的范围)在一个当前鱼骨(fish-bone)的每侧(总存储量是2M)总计有M个鱼骨(在图11中所示的信道条中在径向上的一列信道符号或之字形的信道符号),并且在一个信道条内有N行个位行。于是,按照本发明所提出的根据一个定量的质量因数对写策略的优化就是一个动态编程问题,就像标准的维特比问题。优化于是意味着寻找一个穿过一个格子结构的状态的最佳路径(具有最低成本或者最低质量因数值):不同状态的数量总计达L^(2MN)。这个数字是最大量,因为有些状态可能是被禁止的,因为平面位总是有一个不需要优化的零凹孔大小。
然而,提出用一个迭代过程而不是用维特比算法来“准确地”解决上述的优化过程。例如,优化参数是所有凹坑位的凹孔大小。优化标准(或质量因数FoM)反映采用信道(写信道和读信道)对某个规定的目标响应的总响应的意图。一个方便的目标响应(考虑到位检测器)可能是一个线性的响应。要使用的FoM的一个优选实施例是:
FoM=∑k,l[HF信道(bkl+相邻位)-HF目标(bkl+相邻位)]2
在上面的等式中,第一HF值集合是所谓的“读出”HF信号值,以及第二HF值集合是所谓的“参考”HF信号值。
通过写策略优化应该使质量因数足够小。FoM是从对于一个给定的凹孔大小集合(对中心凹坑位及其相邻凹坑位已经定义了这些凹孔大小)的一个计算模型中得出的信号波形(同样可以通过实验测量)减去目标信号波形HF<目标>(该目标可能是个线性目标,但是也可能是个非线性目标,以便使用2D信号模式的信号重叠的区域中较大部分的信号幅度范围,所述重叠发生在中心位是“0”的群的信号电平与中心位是“1”的群的信号电平之间)的偏差的平方值的和。
优化是在如图11中所示滑动窗的基础上进行的。作为一个实例,选择一个矩形的窗口W。窗口W包含二维宽螺旋中的所有位行。它的横向(或切线)范围是若干个(N+1)个鱼骨。
假设读信道的(一个方向上的)ISI的(一侧的)切线范围总计有M个鱼骨。于是,如图11a中所示,对于时刻“k”,在窗口W的右侧的M个鱼骨中的凹坑位被设定到一个初始值;这个初始值可以是一个常数值,或者是一个从某个写策略表中得出的值。首先,在时刻“k”在窗口W中的最靠右的鱼骨F0用位于其右侧的M个鱼骨的凹孔半径以及位于其左侧的M个鱼骨的凹孔半径得到其凹孔大小的更新值(由阵列S0 k表示)。然后,对在时刻“k”在窗口中的第2靠右的鱼骨F1使用相同的更新过程;如此等等,一直到达窗口W的左边界。对于窗口W内的一般鱼骨来说,它的右侧的凹坑位的凹孔半径以前已经被更新(对于窗口的相同位置,不过是在前一鱼骨中的凹孔大小的优化期间),而它的左侧的凹坑位的凹孔半径则对于窗口W的前一个位置(如果当前时刻为“k”,则在时刻“k-1”)已经被更新。因此,对于窗口W的一个给定位置“k”,由阵列S0 k,S1 k-1一直到SN k-N表示的鱼骨的凹孔大小通过这种逐个鱼骨地进行的优化过程而被连续地确定。
在当前位置完成之后,窗口W向右移动一个鱼骨,并且优化过程再次整个地开始一遍。这个情形在图11b中被表示为对应于时刻“k+1”的情形。
一个给定的鱼骨凹孔大小就这样按照上述的过程被迭代地更新,迭代(或对给定鱼骨的更新)的次数等于N+1。只有非零位的凹孔大小被更新,“0”位保持与周围的平面相等。在图12中示出要被优化的不同凹孔大小的三个情形。中心位b0是凹孔大小必须被更新的中心位。凹坑bu对于窗口的当前位置来说已经被更新;凹坑bn对于窗口的当前位置来说尚未被更新,但是在窗口的前一个位置已经被更新,或者对于过程的第一次迭代,从有根据的推测中,例如从一个写策略表中,它们有一个凹孔大小。因此,一个以要被更新的凹坑位b0为中心的位群中的所有凹坑的凹孔大小是已知的。为了方便起见,使用一个7位的群,不过可以是任何其它(更大的)群。
中心凹坑位的凹孔大小也是已知的,例如从窗口的前一位置、从从有根据的推测或者从一个表中得知它的值。有了这个对凹孔大小的全部知识,中心凹坑位b0的凹孔大小就能被更新。例如,可以考虑它的凹孔大小的2Np+1个值,它们以该凹孔大小的前一值为中心,分辨率或步长等于“Δ(delta)”。对于以写参数的以前的值为中心的这些候选凹孔大小的每个或者这些候选凹孔大小的一个有限子集来评估FoM,实际上就是评估依赖于改变的凹坑位的凹孔大小的值的项。对于7位的群来说,这些是围绕并包括中心凹坑位b0的7个HF信号值。
已经被设定的(最可能线性的)目标(即HF<目标>)是已知的。于是,通过一个信道模型导出围绕并包括中心凹坑位的7个位置的每个的实际HF信号值HF<信道>,该信道模型与明显依赖于位于感兴趣的凹坑位的凹孔大小有关的线性和非线性ISI系数有关。
接着将解释用一个参数表(写策略矩阵)确定写参数的本发明的第一实施例。作为随后的说明的一个实例,考察具有14个不同群类的情形。此外,将考察一个用于2D光学存储的ROM光盘,其中写策略矩阵含有对应凹孔(如果中心位是凹坑位)表面的面积以作为每个类的写策略参数。写策略矩阵在下面的优化过程中导出。根据读出HF信号与期望HF信号之间的差(这仅仅是由于目标线性干扰)的平方值,为一个给定的写策略矩阵定义一个质量因数(FoM);为每个群类得出这个平方差(对决定要被用于群类中的相邻凹坑位的实际表面的12个周围的位b7、b8、...、b18的所有可能的值平均),并把用一个对应乘法系数相乘的所有的类相加,得出FoM的最后值,由下式给出:
FoM = &Sigma; i = 1 14 &Sigma; b 0 = 0 1 M i &Sigma; b 7 = 0 1 &Sigma; b 8 = 0 1 &CenterDot; &CenterDot; &CenterDot; &Sigma; b 18 = 0 1 ( HF ( b 0 ; class 1 ) - HF lin ( b 0 ; class 1 ) ) 2
其中HF(b0;classi)隐含地依赖于12个下一相邻位(b7,b8,...,b18),以及其中期望(目标)线性HF信号由HFlin(b0;classi)=1-b0c0-nic1给出。
系数c0和c1是期望线性响应的中心抽头和相邻抽头系数。参数ni是类i的相邻凹坑位的数目。质量因数是一个统计平均,它是以确定的方式通过对所有可能的群类(27个不同的情形)和它们周围的位的所有可能(212个不同情形)的平均而计算出来的。通过引入群类大大减少了计算量,然而所得的质量因数仍然完全相同。
图13示出一个群的7个位和12个周围位b7,b8,...,b18。图14说明对于一个给定的群如何(从每个凹坑位的相邻位的位值)确定每个凹坑位的群类:对于群的中心位b0来说,群位的位值就足够了;对于群中的每个相邻位(位b2,b3,...,b6)来说,要唯一性地确定其群类则需要3个周围的位。
给定一个像上述的质量因数的性能标准,则对最优写策略矩阵的搜索仅仅是一个在Ncl维空间中的一个优化过程(其中Ncl是所用的群类的数目)。由于维数大的问题,使用强力搜索过程并不合适。任何次优的优化过程(像最陡下降等)就足够。
一个已经应用的实际优化过程考虑一个固定数量的不同凹孔表面。对于每个表面Si,计算线性干扰系数l0[Si]和ln[Si];同样,所有自干扰的系数s0,0[Si]和sn,n[Si]、以及交叉干扰的凹孔表面Si和Sj的所有组合x0,n[Si;Sj]和xn,n[Si;Sj]也必须是可用的。根据这些参数可以计算出具有可用的凹孔大小集合中任何可能的凹孔大小的任何群的HF信号。对于每个群,评估少量(优化中所使用的步长)地减少或增加中心凹坑符号的凹孔大小是否有益;对所有的群执行这个过程,之后,可以在优化过程的若干随后的迭代中重复这个过程。
图15说明这个实施例的基本原理。在输入端,提供要被写到盘的2D位模式。对于每个位位置(k,l),检索由中心位及其相邻位组成的位群的信息。然后,分析当前群属于哪个群类(由pi表示)。对于所标识的群类(位于位置(k,l)),从写策略矩阵S获得对应的写参数,例如ROM刻制的凹孔的大小。对于ROM系统来说,这个矩阵S含有各种基本群类的凹孔大小。对由凹坑位占据的所有的位位置(k,l)执行这个过程。应当注意的是,这里已经假设平面位保持完好,即根本无凹孔被刻制。
在一个实际实现中,考虑一个对于NA=0.85和λ=405nm的网格参数a=165nm,产生了一个1.4x的BD格式的容量增加。已经在一个模拟设置中根据标量衍射计算导出了一个写策略矩阵。在优化过程中,已经允许具有从0一直到0.25πa2的等距离分布的表面的40个可能的凹孔大小。已经观察到线性化水平非常接近目标水平,从而说明该写策略在线性化读出信号过程中的足够的性能。
对于较大的调制(最小调制水平5%),需要与较小的调制相比平均较大的凹孔大小。此外要注意的是,平均凹孔大小显著地小于没有写策略时的原始情形(具有固定的凹孔直径122.5nm)。两种情况的平均凹孔直径是:97.8nm和106.0nm。以在凹孔半径中的这个分辨率(从0到最大凹孔表面的40个等距步长),具有相同n(最近相邻凹坑位的数目)值的群类显示相同的凹孔半径,这使写策略矩阵中不同条目的数量更低(从14减少到7)。
在另一个实际实现中,考虑一个对于NA=0.85和λ=405nm的网格参数a=138nm,产生了一个2x的BD格式的容量增加。在凹孔直径b=102.5nm、15%和5%最小调制水平的两种情况下,重复如在上面的段落中所述的相同的过程,两种情况的平均凹孔直径是:83.6nm和90.0nm。如前面部分中的那样作类似的观察,有两点除外:a)凹坑半径不按照最近的凹坑相邻位的数目n来“成群”;以及b)最大凹孔大小随着六边形位单元的大小缩放(大约为1.41倍),以及最小凹孔大小缩小得较慢(1.33倍)。
为了说明的方便,已经将干扰限定到最近相邻位的第一个壳。为了获得非常适合于增加的容量(如2x BD)的写策略,优选地包括至少第2个壳,这将导致写策略矩阵中的条目数量更大。平均凹孔大小显著地小于没有写策略时的原始情形(具有固定的直径b=102.5nm,鉴于电子束记录(EBR)中的邻近效应,该直径可能是有益的)。
本发明并不限于2D六边形网格,而是也能应用到任何类型的2D位网格。此外,本发明并不限于解决来自最近相邻位(或周围的位的第一环(或壳))的干扰的写策略,而是也能推广到其它(较大的)相邻位集合。在电子束记录器中,(在高密度当然)需要一种用于使邻近效应(由于向后扩散的电子而产生的写脉冲的长尾可达到1μm)最小化的写策略。所提出的对2D信道的线性化可导致一个满足两个目的(即全部信道的线性化和邻近效应的减少)的联合写策略。
本发明所要实现的“期望特性”可不同于“线性化”。一个可能的候选是实现这样一种情形,即读电平显示对7位六边形群的底行的两个位的降低(得多)的依赖。这样一种情形对于如欧洲专利申请02292937(PHNL021237EPP)中所述的条方式的(stripe-wise)维特比位检测器来说在很大程度上是有利的,在该专利申请中,采用一个2行的维特比检测器,其从(由多于2个的行组成的)宽螺旋的顶部逐行地移动到底部。在一个已知的位检测器中,检测器产生硬决策或软决策信息,并以迭代的方式被使用:之所以需要这种迭代处理,是因为检测器在第一次迭代中不知道位行中的位在2行维特比检测器的条的一个给定(当前)位置(的概率)。通过适当的写策略来打算减少这两个位在“下面的”行中的影响:这样,将减少在条方式的维特比检测器中所需要的迭代的次数。因此,这个过程是用于在读信道的一侧的决策反馈均衡化的二维形式的替代过程。此外,具有发送滤波器和接收滤波器的组合解决方案也是可能的。
也有可能把凹坑表面中的分辨率限定到只有几个(例如3个)凹坑大小。另一个观点是使硬件中的分辨率不比在写过程中可被处理的分辨率(例如由激光束记录器(LBR)或电子束记录器(EBR)导致的凹坑大小的统计变化)更差。
按照本发明,用于记录符号单元的凹坑符号的写参数不但依赖于与所考虑的符号所在的符号行相同的符号行中的相邻符号,而且依赖于所考虑的符号所在的符号行的上面或下面的符号行中的相邻符号。因此,相邻符号行中的符号的符号值部分地决定一个给定行中的符号的写参数,以便实现所述给定行中的所述符号的HF信号的特征。
按照本发明的优选实施例,提出了为在记录载体上记录凹坑而对写参数特别是凹孔大小进行“进行中的”优化的解决方案,该解决方案考虑到了上述的“连锁效应”,其中一个在给定凹坑位的凹孔的大小受到许多相邻凹孔的选择的大小的影响。除了(ROM的)凹孔大小,也可以优化写信道可能基于的任何参数集合(例如用于相变记录的激光脉冲集合)。

Claims (19)

1.确定用于在记录载体上记录信息的写参数的方法,所述信息的形式为一个多维的信道数据流,其要被记录成一个具有至少两个符号行的信道带,所述符号行沿第一方向一维地展开并沿第二方向互相对准,
其中用于记录所述信道数据流的一个符号单元包含一个中心符号和多个相邻符号,所述相邻符号中的一些与该中心符号位于相同的符号行上,而另一些则位于相邻的符号行上,
一个符号单元的凹坑符号的写参数是在综合考虑了以下因素后确定的:
(i)该符号单元的中心符号的符号值;
(ii)与该符号单元的中心符号位于相同的符号行中的该符号单元的相邻符号的符号值;和
(iii)位于与该符号单元的中心符号所在的符号行相邻的符号行中的该符号单元的相邻符号的符号值。
2.如权利要求1中所要求的方法,其中所述写参数是通过使用一个含有用于符号单元的所有可能的类的写参数的参数表来确定的,用于记录该符号单元的凹坑符号的写参数是按照实际的符号单元从该参数表中选择的。
3.如权利要求1中所要求的方法,其中所述符号的所述写参数是凹孔大小、写脉冲的特征,特别是写脉冲的数目、持续时间和/或功率电平,或者一个单独写脉冲的功率电平。
4.确定用于在记录载体上记录信息的写参数的方法,特别是如权利要求1所要求的方法,所述信息的形式为一个信道数据流,其要被记录成一个具有至少一个符号行的信道带,所述符号行沿第一方向一维地展开,其中写参数是通过一个迭代过程确定的,所述方法包括:
-把用于记录所述信道数据流的凹坑符号的写参数设定为预备参数值;
-通过搜索最佳地满足用于记录凹坑符号的写参数的一个预定的标准的更新的参数值来更新预备参数值,所述标准是由HF信号值的差确定的,所述HF信号值的差将通过使用一个信道模型而被确定,或者将在通过使用更新的参数值和参考HF信号值来读出所记录的凹坑符号的期间被获得;
-迭代所述更新,直到满足一个预定的条件。
5.如权利要求4所要求的方法,其中写参数所要满足的所述预定标准是由所述HF信号值和所述参考HF信号值的差的绝对值之和确定的。
6.如权利要求4所要求的方法,其中写参数所要满足的所述预定标准是由所述HF信号值和所述参考HF信号值的平方差之和确定的。
7.如权利要求5或6所要求的方法,其中所述和包括在特定符号区中的所有凹坑符号的平方差,并且其中所述和将在更新期间被最小化。
8.如权利要求4所要求的方法,其中所述预定条件是每个凹坑符号的写参数已经被更新一个预定的次数。
9.如权利要求4所要求的方法,其中作为质量量度或质量因数的所述预定条件是达到一个低于一个预定阈值的值。
10.如权利要求4所要求的方法,其中所述参考HF信号值是从一个线性信道脉冲响应中获得的。
11.如权利要求4所要求的方法,其中所述HF信号值和所述参考HF信号是根据所述符号单元确定的,每个符号单元包含多个在中心符号周围的最近相邻符号。
12.如权利要求11所要求的方法,其中所述预备参数值是从一个含有用于符号单元的所有可能的类的写参数的参数表中导出的。
13.如权利要求11所要求的方法,其中在所述迭代的更新步骤中,要被更新的凹坑符号的写参数对于定义一个检测窗口的多个符号列被逐个符号列地连续更新,其中在每个迭代后,检测窗口在切线方向上或所述信道带的所述第一方向上至少移动一列,由此把进入检测窗口的新列中的符号的写参数设置为初始预定值,并且其中对一个给定的列重复该迭代,直到所述列被移出所述检测窗口。
14.确定用于在记录载体上记录信息的写参数的装置,所述信息的形式为一个多维的信道数据流,其要被记录成一个具有至少两个符号行的信道带,所述符号行沿第一方向一维地展开并沿第二方向互相对准,
其中用于记录所述信道数据流的一个符号单元包含一个中心符号和多个相邻符号,所述相邻符号中的一些与该中心符号位于相同的符号行上,而另一些则位于相邻的符号行上,
一个符号单元的凹坑符号的写参数是在综合考虑了以下因素后确定的:
(i)该符号单元的中心符号的符号值;
(ii)与该符号单元的中心符号位于相同的符号行中的该符号单元的相邻符号的符号值;和
(iii)位于与该符号单元的中心符号所在的符号行相邻的符号行中的该符号单元的相邻符号的符号值。
15.为在记录载体上记录信息而确定写参数的装置,特别是如权利要求14所要求的装置,所述信息的形式为一个信道数据流,其要被记录成一个具有至少一个符号行的信道带,所述符号行沿第一方向一维地展开,其中写参数是通过一个迭代过程确定的,所述装置包括:
-设定装置,用于把用于记录所述信道数据流的凹坑符号的写参数设定为预备参数值;
-更新装置,用于通过搜索最佳地满足用于记录凹坑符号的写参数的一个预定标准的更新的参数值来更新预备参数值,所述标准是由HF信号值的差确定的,所述HF信号值的差将通过使用一个信道模型而被确定,或者将在通过使用更新的参数值和参考HF信号值来读出所记录的凹坑符号的期间被获得;
-迭代装置,用于迭代所述更新,直到满足一个预定的条件。
16.用于在记录载体上记录其形式为一个信道数据流的信息的记录方法,所述信息被记录成一个具有至少一个符号行的信道条,所述符号行沿第一方向一维地展开,其中凹坑符号是通过使用由如权利要求1或4中所要求的方法确定的写参数而被记录的。
17.用于在记录载体上记录其形式为一个信道数据流的信息的记录设备,所述信息被记录成一个具有至少一个符号行的信道条,所述符号行沿第一方向一维地展开,所述记录设备包括:
用于通过使用写参数来记录凹坑符号的装置;和
用于确定用于在如权利要求14或15中所要求的光学记录载体上记录信息的写参数的装置。
18.计算机程序,包括程序代码装置,用于在所述计算机程序在计算机上执行时使计算机执行如权利要求1或4中所要求的方法的步骤。
19.记录载体,在其上已经通过如权利要求16中所要求的方法记录了凹坑符号,信息以信道数据流的形式被记录成一个具有至少一个符号行的信道带,所述符号行沿第一方向一维地展开。
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