JP2004071069A - 光ディスクのビット誤り率推定装置、およびビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】光ディスクのビット誤り率の測定は、実際に光ディスクにランダム信号を記録してその再生信号からビット誤り率を測定するのが理想であるが、光ディスクの組成や線速度、あるいは信号のデータレートを変えたときに、その都度最適な記録補償を探すのは大変なことである。そこで、記録補償をしないで光ディスクのビット誤り率を求めることが望まれていた。
【解決手段】ランダム信号発生手段５、ランダム信号発生手段の出力信号を符号化する符号化手段６、記録再生系の伝達関数を有し、その伝達関数により上記符号化手段６の出力信号をフィルタリングするフィルタリング手段７、フィルタリング手段の出力信号を所望のパーシャルレスポンス（ＰＲ）特性に等化する等化器８、等化器の出力信号から符号化信号成分を検出するパーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）、ＰＲＭＬの出力信号を復号する復号手段１０、および上記ランダム信号発生手段５の出力信号と上記復号手段１０の出力信号とを比較してビット誤り率を測定するビット誤り率測定手段１１を具えて構成した。
【選択図】 図３
【解決手段】ランダム信号発生手段５、ランダム信号発生手段の出力信号を符号化する符号化手段６、記録再生系の伝達関数を有し、その伝達関数により上記符号化手段６の出力信号をフィルタリングするフィルタリング手段７、フィルタリング手段の出力信号を所望のパーシャルレスポンス（ＰＲ）特性に等化する等化器８、等化器の出力信号から符号化信号成分を検出するパーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）、ＰＲＭＬの出力信号を復号する復号手段１０、および上記ランダム信号発生手段５の出力信号と上記復号手段１０の出力信号とを比較してビット誤り率を測定するビット誤り率測定手段１１を具えて構成した。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクを評価するために使用して有効な光ディスクのビット誤り率推定装置、およびビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクの評価には、マルチパルス等による記録補償を行い、記録状態を最適化したうえで、再生信号のジッタやビット誤り率を測定することが一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ビット誤り率の測定は、実際に光ディスクにランダム信号を記録してその再生信号からビット誤り率を測定するのが理想であるが、光ディスクの組成や線速度、あるいは信号のデータレートを変えたときに、その都度最適な記録補償を探すのは大変なことである。特に、光ディスクの開発中においては、線速度や信号のデータレートなどの記録条件を種々に変えてビット誤り率を測定することが必要になる。
【０００４】
本発明の目的は、光ディスクの組成や線速度、あるいは信号のデータレートを変えてもその都度最適な記録補償を探す必要のない光ディスクのビット誤り率推定装置および推定プログラムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置は、実際に信号を光ディスクに記録再生してビット誤り率を測定しなくても、記録補償なしで光ディスクに矩形波の繰り返し周期信号を記録し、再生信号波形の立ち上がり部分から記録再生系の伝達関数を求め、その求めた伝達関数で光ディスクに記録しようとする信号をフィルタリングすることで、実際に記録再生した信号に近い信号を作り出すことができ、その作り出した信号を用いてビット誤り率を推定することができるという着想のもとになしたものである。
また、本発明光ディスクのビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラムは、以上の処理をソフトウエアで行うときに実行するものである。
【０００６】
すなわち、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置は、ランダム信号発生手段、該ランダム信号発生手段の出力信号を符号化する符号化手段、記録再生系の伝達関数を有し、該伝達関数により前記符号化手段の出力信号をフィルタリングするフィルタリング手段、該フィルタリング手段の出力信号を所望のパーシャルレスポンス（ＰＲ）特性に等化する等化器、該等化器の出力信号から符号化信号成分を検出するパーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）、該パーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）の出力信号を復号する復号手段、および前記ランダム信号発生手段の出力信号と前記復号手段の出力信号とを比較してビット誤り率を測定するビット誤り率測定手段を具えてなることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置は、前記記録再生系の伝達関数が、記録補償なしで光ディスクに矩形波の繰り返し周期信号を記録し、再生信号波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数であることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明による光ディスクのビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラムは、ランダム信号を発生し、該発生したランダム信号を符号化し、記録再生系の伝達関数を有し、該伝達関数により前記符号化した信号をフィルタリングし、該フィルタリングした信号を所望のＰＲ特性に等化し、該等化した信号から符号化信号成分を検出し、該検出した符号化信号成分を復号し、そして前記発生したランダム信号と前記復号した信号とを比較してビット誤り率を測定する順次のステップから構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明による光ディスクのビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラムは、前記記録再生系の伝達関数が、記録補償なしで光ディスクに矩形波の繰り返し周期信号を記録し、再生信号波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数であることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
最初に、本発明の実施に使用する記録再生系の伝達関数を測定する方法について説明する。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ線速度をそれぞれ１１，１３，１５，１７ｍ／ｓとし、記録補償なしで試作ディスクに記録したステップ信号の再生波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数と、Ｃ／Ｎが最も大きくなるようにマルチパルス（記録補償用マルチパルス）を最適化して記録し測定したときの再生周波数特性とを示している。
【００１１】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）から、記録補償なしでディスクに記録を行っても、再生波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数は、再生周波数特性とほぼ一致することが分かる。このことから、記録補償を用いることにより、再生波形の歪みは少なくすることができるが、信号の立ち上がり部分の特性は変化しないと考えられる。以上から、記録補償なしで記録したステップ信号の再生波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数を、記録再生系の伝達特性であると見做すことができる。
【００１２】
図２は、記録再生系の伝達関数を測定するための構成を示している。
図２において、１は測定器、２はスピンスタンド、３は光ディスク、および４は光記録再生ヘッドである。
動作につき説明する。
測定器１において、波形干渉の起きない、また十分長い周期の矩形波信号（例えば、５００ｋＨｚ周期の矩形波信号）を発生させ、これをスピンスタンド２に載置した光ディスク３に光記録再生ヘッド４を介して供給し、記録補償なしで記録する。記録後、再生信号を光記録再生ヘッド４を介して測定器１に取り込む。測定器１においては、データの平均化を行った後、フーリエ解析（ここでは、高速フーリエ変換：ＦＦＴ）により波形の立ち上がり部分の伝達関数（記録再生系の伝達関数）を求める。
【００１３】
次に、以上のようにして求めた記録再生系の伝達関数を用い光ディスクのビット誤り率を推定する、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置について説明する。
なお、本発明装置は、上述したように、光ディスクに実際に信号を記録再生してビット誤り率を測定するのでなく、実際に測定した記録再生系の伝達関数を用いてビット誤り率を推定するシミュレーション装置である。
【００１４】
図３は、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置の一実施形態をブロック図にて示している。
図３において、５はランダム信号発生器、６は符号化器、７は上記求めた伝達関数を有するフィルタリング手段、８は等化器、９はパーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）、１０は復号器、および１１はビット誤り率測定器である。
また、図４（ａ）〜（ｇ）は、図３に、それぞれ（ａ）〜（ｇ）で示す部分における信号の一例の波形図を示している。なお、図４（ｂ）は、図３中の符号化器６中において生じる信号波形であり、図３には示されていない。
【００１５】
動作につき説明する。
図３において、まず、ランダム信号発生器５から、例えば、図４（ａ）に示すＭ系列信号（ランダム信号）を発生させる。
次に、発生したＭ系列信号を符号化器６で符号化する。
ここで、符号化は、８−９符号化、ＲＬＬ（１，７）符号化、またはＲＬＬ（２，７）符号化を適用することができる（文献 Ｐ．Ｈ．Ｓｉｅｇｅｌ ａｎｄ Ｊ．Ｋ．Ｗｏｌｆ，“ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｔｏｒａｇｅ”ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕ．Ｍａｇ，２９，１２， ｐｐ．６８−８６（Ｄｅｃ．１９９１） 参照 ）が、本発明者らは、記録帯域が制限でき、かつ検出窓幅の広いＲＬＬ（１，７）符号を用いて符号化した。そして、符号化したＭ系列信号を所望の転送レートに変換し、図４（ｂ）に示すパルス列の信号にした。
【００１６】
この図４（ｂ）に示す信号をさらにＮＲＺＩ符号化することによって、図４（ｃ）に示すパルス列の信号にし（符号化器６の出力信号）、これを光ディスクに記録する信号であると見做す。
この符号化器６の出力信号（図４（ｃ））を、上記測定して得られた記録再生系の伝達関数を有するフィルタリング手段７に供給してフィルタリングする。
フィルタリングの手順は、図４（ｃ）に示す信号を、まず、フーリェ変換（ＦＴ）し、次に、そのフーリェ変換して得られた信号と上記測定して得られた伝達関数との積をとり、最後に、逆フーリェ変換（ＩＦＴ）を行う。
【００１７】
なお、このフィルタリングにおいては、フィルタリングの前処理、後処理として、媒体ノイズおよび機器ノイズに相当するノイズを付加する。このような処理を行って、フィルタリング手段７から得られた信号（図４（ｄ））を光ディスクの再生信号であると見做す。
【００１８】
次に、この再生信号（図４（ｄ））を等化器８に供給してパーシャルレスポンス Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓ ：ＰＲ（１，１），ＰＲ（１，１，１），ＰＲ（１，２，１），ＰＲ（１，２，２，１）の特性のうちから所望のＰＲ特性に等化する。
図４（ｅ）は、図５に示す回路構成の７タップトランスバーサルフィルタを用いてＰＲ（１，１，１）の特性に等化した結果を示している。
なお、図５において、Ｚ−１は遅延素子で、Ｗ１ 〜Ｗ７ は重み付け回路である。
【００１９】
等化器８で等化した後、パーシャルレスポンスマクシマムライクリフッドＰａｒｔｉａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ：ＰＲＭＬ９で上記図４（ｅ）に示される信号中に含まれているもとの符号化信号成分を検出する。発明者らは、ＰＲＭＬ９として回路規模が小さく、高速化に適していると考えられるＰＲ（１，１，１）ＭＬを使用した（Ｍ．Ｋｉｓｈｉｄａ，Ｋ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｋ． Ｋａｍｉｊｏ，Ｈ．Ｔｏｋｕｍａｒｕ，Ｈ．Ｏｋｕｄａ，“ ＰＲＭＬ ｃｈａｎｎｅｌ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｔｒａｎｓｆｅｒ−ｒａｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ”Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＯＤＳ２００１，ｐｐ．４０１−４０８参照）。
図６は、ＰＲ（１，１，１）ＭＬの回路構成を示している。
図６において、ＳＥはセレクタ（選択素子）で、Ｚ−１は遅延素子である。
図４（ｆ）は、ＰＲ（１，１，１）ＭＬの出力信号としてのパルス列を示している。ここでは、符号化信号成分が検出されている。
【００２０】
その後、ＰＲＭＬ９の出力信号（図４（ｆ））を復号器１０に供給して、もとのＭ系列に対応する信号に戻す。この場合、符号化器６においてＲＬＬ（１，７）符号化したので、復号はＲＬＬ（１，７）復号である。
図４（ｇ）は、復号器１０の出力信号としてのパルス列を示している。
【００２１】
以上により得られた復号器１０の出力信号と符号化する以前のランダム信号（ランダム信号発生器５の出力信号）とをビット誤り率測定器１１に供給して比較し、ビット誤り率を測定する。
本例の場合、図４（ｇ）のパルス列（復号器１０の出力信号）と図４（ａ）のパルス列（ランダム信号発生器５の出力信号）とは、時間の経過とともに符号の不一致部分がないので、ビット誤り率ゼロ％の推定結果が得られる。
【００２２】
図７は、波長６３５ｎｍの赤色レーザーを用い、Ｎｕｍｅｄｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒ ：ＮＡ＝０．６５の記録再生システムとを用いて、線速度２５ｍ／ｓで推定したビット誤り率と、実際に試作ディスクにランダムデータを記録し、ビット誤り率を測定した結果とを示している。
図７に示すように、実測した記録再生系のＳ／Ｎは２２．６ｄＢ程度であり、ＰＲ（１，１，１）ＭＬを用いた場合、１０−５以下のビット誤り率が得られた。この結果から、本発明装置を用いて推定したビット誤り率は、実測したビット誤り率に近く、推測値は有効であると考える。
【００２３】
以上の実施形態では、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置を図３に示す構成のハードウエアにて実現した。しかし、光ディスクのビット誤り率の推定は、コンピュータプログラム化してソフトウエアによっても実施可能である。
図８は、光ディスクのビット誤り率の推定をソフトウエアにより行う場合の処理手順をフローチャートにて示している。
【００２４】
図８において、ステップ１（ＳＴ−１）でランダム信号を発生し、その発生したランダム信号をステップ２（ＳＴ−２）で符号化する。そして、ステップ３（ＳＴ−３）において、ＳＴ−２で得られた符号化信号を、測定して得られた記録再生系の伝達関数でフィルタリングし、ステップ４（ＳＴ−４）でＰＲ特性に等化し、ステップ５（ＳＴ−５）で符号化信号成分を検出し、さらに、ステップ６（ＳＴ−６）で復号する。最後に、ステップ７（ＳＴ−７）で、ステップ１（ＳＴ−１）で発生したランダム信号とステップ６（ＳＴ−６）で復号した信号とを比較してビット誤り率を推定する。この推定によって得られた値が、本発明によるビット誤り率の推定結果である。
【００２５】
図９は、線速度１７ｍ／ｓにおいて、Ｓ／Ｎを２２．５ｄＢに設定し、データレートを変えた場合のビット誤り率の定結果を示している。
この記録再生系においては、線速度１７ｍ／ｓで最高１１８Ｍｂｐｓのデータレートでビット誤り率１０−５以下を達成することが可態であると考えられる。
なお、この例は、上述した図３の構成において、ＲＬＬ（１，７）符号化を用い、７タップのトランスバーサルフィルタで等化、ＰＲ（１，１，１）ＭＬで検出復号したものである。このように、本発明装置を使用することにより、最適な記録補償をその都度探すことなく、ビット誤り率を評価することができる。
【００２６】
最後に、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置を用いて推定したビツト誤り率を用いて光ディスクの記録パワーと回転数を最適化することができることについて説明する。
図１０は、光ディスクの記録パワーと回転数を最適化するための処理をフローチャートにて示している。
図１０中、まず、ステップ１１（ＳＴ−１１）において、光ディスクの最内周や最外周など特定記録領域に記録パワーｎｍＷ（ｎミリワット）、回転数をｍｒｐｍ（ｍ回転／分）で記録を開始する。記録される信号は、符号干渉を受けないように十分低い周波数（例えば、０．５〜１ＭＨｚ）の繰り返し矩形波信号である。そして、ステップ１２（ＳＴ−１２）において、記録された信号を再生して再生信号の波形が矩形的であるか否かを評価する。
【００２７】
評価の結果、矩形的であれば、ステップ１３（ＳＴ−１３）のＦＦＴにより記録再生系の伝達関数測定に進む。もし、矩形的でないならば、ステップ１１（ＳＴ−１１）に戻り、回転数を適当な幅ａで段階的に増加させる。これを繰り返すことりより、再生信号の波形が矩形的になる。
【００２８】
ステップ１３（ＳＴ−１３）により、記録再生系の伝達関数が測定された後は、その伝達関数を組み込んだ本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置、あるいはビット誤り率推定用コンピュータプログラムを用いてビット誤り率を推定する（ステップ１４（ＳＴ−１４））。推定したビット誤り率が基準の値、例えば、基準の値が１０−Ｘ以上であれば、ステップ１１（ＳＴ−１１）に戻り、記録パワーを適当な幅ｂで段階的に増加させる。これを繰り返すことにより、ビット誤り率が１０−Ｘ以下になる。ビット誤り率が１０−Ｘ以下になったときの光ディスクの記録パワーと回転数を、その光ディスクに記録するための最適条件として決定する（ステップ１５（ＳＴ−１５））。
【００２９】
最後に、以上説明した本発明の内容を、映像情報メディア学会が２００２年 ３月 １日に行った技術報告において発明者が発表したときの予稿を以下に転載する。
【００３０】
高速記録再生時の実測再生波形による誤り率の予測
あらまし
再生波形から求めた伝達関数を用いて、光ディスクにおける高速記録再生時の誤り率の予測を行っている。記録補償を用いずに記録したときの再生波形の立ち上り部の特性が、記録補償を用いて記録した場合の周波数特性と変わらないことを示し、シミュレーションにより、線速やデータレートといった条件を変えた場合の誤り率を容易に予測できることを示している。試作ディスクを用いて、データレート１００Ｍｂｐｓ における線速を変えた場合の誤り率の予測と、高線速での記録再生におけるデータレートの限界を予測した。
【００３１】
１．はじめに
現在、取材用カメラにはＶＴＲが使用されている。ＶＴＲはテープの巻き戻しが必要であることから、それが不要で高速アクセス可能な光ディスクを搭載したカメラへの置き換えが望まれている。相変化記録方式と光磁気記録方式がある書き換え可能な光ディスクにおいて、装置の簡易さから、取材用カメラに搭載するには相変化記録方式が適していると考えられる。
カメラ等に搭載する放送用ハイビジョン光ディスクには、１チャンネルあたり１００Ｍｂｐｓ 以上の転送レート、３０ＧＢ程度の記録容量が求められる。筆者等は、赤色レーザーと０．６ｍｍ 基板ディスクを用いて、線速２５ｍ／ｓ でデータレート１００Ｍｂｐｓ の記録再生実験を行った［１］。また、スタジオ用などには今後、より高転送レートなものが必要と考えられる。
現在、相変化光ディスクの評価には、マルチパルス等の記録補償を用いて記録状態を最適化したうえで、再生信号のジッタやビット誤り率を測定することが一般的である。今後、さらなる高転送レート化により、記録補償はより高い精度が求められる。また、さらなる高密度化に向けて、検出系にＰＲＭＬを使用することも必須になる。ビット誤り率の測定は、実際に光ディスクにランダム信号を記録し、再生信号を評価することを理想とするが、ディスク媒体の組成や線速などを変えたときに、その都度あらゆる条件において最適な記録補償を探すのは困難であるといった問題がある。
そこで、光ディスクに矩形波を記録し、その再生波形を測定し、その伝達関数を用いてランダム信号をフィルタリングすることで、誤り率の予測が出来ると考えた。
本報告では、試作ディスクと青紫レーザーを用いて、データレート１００Ｍｂｐｓ における線速を変えた場合の誤り率の予測と、高線速での記録再生におけるデータレートの限界を予測した結果について述べる。また、赤色レーザーによる予測と実測データを比較し、この方式の有効性を確認している。
【００３２】
２．実験装置
図１１に測定に用いた実験装置、表１にその諸元を示す。信号発生器から発生させた信号を光ディスクに記録する。そして、再生信号をディジタイザでサンプリングし、計算機に取り込んだ。サンプリングレートは５００ＭＳ／ｓ とし、量子化レベルは８ｂｉｔである。
【００３３】
【表１】
【００３４】
３．再生波形の測定
３．１．入力信号
伝達関数を測定する際には、入力信号として、連続したスペクトルを持つインパルス波形やステップ波形が用いられる。ここでは、信号の発生が容易なステップ波形を用いることにした［１］。
実際の測定においては、周期信号を入力信号として、信号の立ち上り部分をステップ波形とみなすことにした。入力信号の周期は５００ｋＨｚとした。レーザーのスポットサイズはおよそ０．５μｍ であり、５００ｋＨｚの信号を線速１０ｍ／ｓ で記録すると、マーク長（およびスペース長）は１０μｍ になる。よって、線速１０ｍ／ｓ 以上では、再生信号において波形干渉がほとんどおきていないと考えられる。
【００３５】
３．２．伝達関数
再生した信号をディジタイザでサンプリングして計算機に取り込み、得られた周期信号の波形の立ち上り部分を平均化して、ステップ応答とした。そして、ステップ波形、および再生ステップ応答波形をフーリエ変換し、再生波形の伝達関数を求めた。図１２に線速１５ｍ／ｓ における伝達関数を示す。
【００３６】
３．３．再生波形歪み
光ディスクに信号を記録するときに、記録信号で直接レーザーを変調して記録すると、マーク形状がいわゆる涙目状になり、再生波形に歪みが生じる。この歪みを抑制するために、マルチパルスを用いた記録補償が行われる。しかし、記録媒体の組成や線速等により記録条件は異なるので、全ての条件において最適な記録補償を行うのは困難である。また、高線速度になると、線速が速いことによる冷却効果で、記録補償を用いなくても再生波形の歪みが少なくなる［１］。そこで、本報告でも、記録補償を用いずに記録を行った。
図１３に、試作ディスクに線速１１、１３、１５、１７ｍ／ｓ で記録した信号の再生波形を示す。高線速になるほど歪みが少なくなることがわかる。
図１に各線速における再生波形の立ち上りから求めた伝達関数を示す。さらに、Ｃ／Ｎ が最も大きくなるようにマルチパルスを最適化して記録し測定したときの再生周波数特性も示す。図１から、記録補償を用いずに記録を行っても、信号の立ち上り部分から求めた伝達関数は、周波数特性とほぼ一致することがわかる。このことから、記録補償を用いることにより、再生波形の歪みは少なくすることができるが、信号の立ち上り部分の特性は変化しないと考えられる。図１２より、位相特性も帯域内で十分フラットである。
以上より、記録補償を用いず記録した信号の、再生波形の立ち上り部分から求めた伝達関数を、記録再生系の伝達特性とみなすことにした。そして、信号をこの伝達関数でフィルタリングすることで、実際に記録再生した信号に近い信号を作り出すことが出来ると考えられる。
【００３７】
４．記録再生系の伝達特性を用いた誤り率の算出
４．１．算出方法
図１４にシミュレーション系統図を示す。まず、Ｍ 系列信号を符号化する。ここでは、記録帯域が制限でき、かつ検出窓幅の広いＲＬＬ（１，７）符号を用いた［２］。そして、符号化した系列を所望の転送レートに変換し、３．で求めた記録再生系の伝達関数を用いてフィルタリングする。フィルタリングの前後に、媒体ノイズ、機器ノイズにそれぞれ相当するノイズを付加し、これを再生信号とする。トランスバーサルフィルタで等化した後、ＰＲＭＬで検出復号する。ここでは、回路規模が小さく、高速化に適していると考えられる、ＰＲ（１，１，１ ）ＭＬを用いた［１］。その後ＲＬＬ（１，７）復号化して、元の系列と比較することでビット誤り率を算出した。
【００３８】
４．２．データレート１００Ｍｐｓ における誤り率の算出
図７に、波長６３５ｎｍの赤色レーザーとＮＡ＝０．６５のシステムを用いて、線速２５ｍ／ｓで予測した誤り率と、実際に試作ディスクにランダムデータを記録し、誤り率を測定した結果を示す。実測した記録再生系のＳ／Ｎ は２２．６ｄＢ程度であり、ＰＲ（１，１，１ ）ＭＬを用いた場合１０−５以下のビット誤り率を得られた。これらの結果から、本手法で予測した誤り率は、実測データに近く有効であると考えられる。
図１５に、データレート１００Ｍｂｐｓにおける、線速１１，１３，１５，１７ ｍ／ｓでのビット誤り率の算出結果を示す。線速１１ｍ／ｓにおいては、Ｓ／Ｎが大きくても誤り率が下がらない。線速１１ｍ／ｓでデータレート１００Ｍｂｐｓ で記録すると、最短マーク長は０．１４７μｍ になる。レーザーのスポット系はおよそ０．５μｍであるので、線速１１ｍ／ｓでは最短マークを再生することが出来ず、ＰＲＭＬを用いても誤りが無くならないためと思われる。
記録再生系のＳ／Ｎ を測定したところ、およそ２２．５ｄＢだったので、図１５から今回測定した試作ディスクでは、線速１５ｍ／ｓ 以上で１０−５以下の誤り率を達成できると推測できる。
【００３９】
４．３．線速１７ｍ／ｓ における誤り率の算出
図９に、今回測定したなかで最も高線速である線速１７ｍ／ｓ において、Ｓ／Ｎを２２．５ｄＢに設定し、転送レートを変えた場合のビット誤り率の算出結果を示す。この記録再生系においては、線速１７ｍ／ｓ で最高１１８Ｍｂｐｓ のデータレートでビット誤り率１０−５以下を達成することが可態と考えられる。
【００４０】
５．まとめ
本報告では、高線速で記録を行うと、記録補償を行わなくても、波形の立ち上り部分は記録再生系の伝送特性を十分に表していることを利用し、実測再生波形の伝達関数でフィルタリングしたデータの誤り率をシミュレーションで算出した。実際にディスクにランダム信号を記録再生する実測の誤り率との差はわずかである。本手法では記録補償を用いないので、容易に予測を行うことが出来ると考えられ、青色レーザーと試作０．１ｍｍ 基板ディスクを用いた場合、データレート１００Ｍｂｐｓで１０−５ 以下の誤り率を得るために必要な線速と、線速１７ｍ／ｓ における最高データレートの予測を行った。実際の記録再生系のＳ／Ｎ から、今回の試作ディスクでは、線速線速１５ｍ／ｓ でデータレート１００Ｍｂｐｓ の記録再生が可能であること、そして線速１７ｍ／ｓ では最高１１８Ｍｂｐｓ 程度のデータレートでの記録再生の可能性があると推測できる。
本手法では、モーターの回転やエッジシフト等のジツタの影響等は考慮されていない。こうした要素も考慮に入れれば、より高精度のシミュレーションが出来ると考えられる。
今後は、シミュレーションの精度を上げるとともに、本誤り率推定法を用いて光ディスク媒体の高転送レート化がどこまで可能かという予測を行っていきたい。
謝辞
本研究を進めるにあたり、ディスクを提供していただいた（株）日立製作所中央研究所の寺尾元康氏に感謝いたします。
参考文献
［１］Ｍ．Ｋｉｓｈｉｄａ，Ｋ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｋ． Ｋａｍｉｊｏ，Ｈ．Ｔｏｋｕｍａｒｕ，Ｈ．Ｏｋｕｄａ，“ ＰＲＭＬ ｃｈａｎｎｅｌ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｔｒａｎｓｆｅｒ−ｒａｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ”Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＯＤＳ２００１， ｐ．４０１−４０８
［２］Ｐ．Ｈ．Ｓｉｅｇｅｌ ａｎｄ Ｊ．Ｋ．Ｗｏｌｆ：“ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｔｏｒａｇｅ”ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕ．Ｍａｇ，，２９，１２， ｐｐ．６８−８６（Ｄｅｃ．１９９１）
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、記録補償なしで光ディスクのビット誤り率の推定を行うことができるので、光ディスクの線速度や信号のデータレートといった条件を変化させて記録した場合にも光ディスクの評価が効率よく行える利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】線速度をそれぞれ１１，１３，１５，１７ｍ／ｓとし、記録補償なしで試作ディスクに記録したステップ信号の再生波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数と、Ｃ／Ｎが最も大きくなるようにマルチパルス（記録補償用マルチパルス）を最適化して記録し測定したときの再生周波数特性とを示している。
【図２】記録再生系の伝達関数を測定するための構成を示している。
【図３】本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置の一実施形態をブロック図にて示している。
【図４】図３に、それぞれ（ａ）〜（ｇ）で示す部分における信号の一例の波形図を示している。
【図５】７タップトランスバーサルフィルタの回路構成を示している。
【図６】ＰＲ（１，１，１）ＭＬの回路構成を示している。
【図７】波長６３５ｎｍの赤色レーザーとＮＡ＝０．６５の記録再生システムとを用いて、線速度２５ｍ／ｓで推定したビット誤り率と、実際に試作ディスクにランダムデータを記録し、ビット誤り率を測定した結果とを示している。
【図８】光ディスクのビット誤り率の推定をソフトウエアにより行う場合の処理手順をフローチャートにて示している。
【図９】線速度１７ｍ／ｓにおいて、Ｓ／Ｎを２２．５ｄＢに設定し、データレートを変えた場合のビット誤り率の推定結果を示している。
【図１０】光ディスクの記録パワーと回転数を最適化するための処理をフローチャートにて示している。
【図１１】測定に用いた実験装置を示している。
【図１２】線速１５ｍ／ｓ における伝達関数を示している。
【図１３】試作ディスクに線速１１、１３、１５、１７ｍ／ｓ で記録した信号の再生波形を示している。
【図１４】シミュレーション系統図を示している。
【図１５】データレート１００Ｍｂｐｓにおける、線速１１，１３，１５，１７ ｍ／ｓでのビット誤り率の算出結果を示している。
【符号の説明】
１ 測定器
２ スピンスタンド
３ 光ディスク
４ 光記録再生ヘッド
５ ランダム信号発生器
６ 符号化器
７ フィルタリング手段
８ 等化器
９ ＰＲＭＬ
１０ 復号器
１１ ビット誤り率測定器
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクを評価するために使用して有効な光ディスクのビット誤り率推定装置、およびビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ディスクの評価には、マルチパルス等による記録補償を行い、記録状態を最適化したうえで、再生信号のジッタやビット誤り率を測定することが一般的であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ビット誤り率の測定は、実際に光ディスクにランダム信号を記録してその再生信号からビット誤り率を測定するのが理想であるが、光ディスクの組成や線速度、あるいは信号のデータレートを変えたときに、その都度最適な記録補償を探すのは大変なことである。特に、光ディスクの開発中においては、線速度や信号のデータレートなどの記録条件を種々に変えてビット誤り率を測定することが必要になる。
【０００４】
本発明の目的は、光ディスクの組成や線速度、あるいは信号のデータレートを変えてもその都度最適な記録補償を探す必要のない光ディスクのビット誤り率推定装置および推定プログラムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置は、実際に信号を光ディスクに記録再生してビット誤り率を測定しなくても、記録補償なしで光ディスクに矩形波の繰り返し周期信号を記録し、再生信号波形の立ち上がり部分から記録再生系の伝達関数を求め、その求めた伝達関数で光ディスクに記録しようとする信号をフィルタリングすることで、実際に記録再生した信号に近い信号を作り出すことができ、その作り出した信号を用いてビット誤り率を推定することができるという着想のもとになしたものである。
また、本発明光ディスクのビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラムは、以上の処理をソフトウエアで行うときに実行するものである。
【０００６】
すなわち、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置は、ランダム信号発生手段、該ランダム信号発生手段の出力信号を符号化する符号化手段、記録再生系の伝達関数を有し、該伝達関数により前記符号化手段の出力信号をフィルタリングするフィルタリング手段、該フィルタリング手段の出力信号を所望のパーシャルレスポンス（ＰＲ）特性に等化する等化器、該等化器の出力信号から符号化信号成分を検出するパーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）、該パーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）の出力信号を復号する復号手段、および前記ランダム信号発生手段の出力信号と前記復号手段の出力信号とを比較してビット誤り率を測定するビット誤り率測定手段を具えてなることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置は、前記記録再生系の伝達関数が、記録補償なしで光ディスクに矩形波の繰り返し周期信号を記録し、再生信号波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数であることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明による光ディスクのビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラムは、ランダム信号を発生し、該発生したランダム信号を符号化し、記録再生系の伝達関数を有し、該伝達関数により前記符号化した信号をフィルタリングし、該フィルタリングした信号を所望のＰＲ特性に等化し、該等化した信号から符号化信号成分を検出し、該検出した符号化信号成分を復号し、そして前記発生したランダム信号と前記復号した信号とを比較してビット誤り率を測定する順次のステップから構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明による光ディスクのビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラムは、前記記録再生系の伝達関数が、記録補償なしで光ディスクに矩形波の繰り返し周期信号を記録し、再生信号波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数であることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
最初に、本発明の実施に使用する記録再生系の伝達関数を測定する方法について説明する。
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、それぞれ線速度をそれぞれ１１，１３，１５，１７ｍ／ｓとし、記録補償なしで試作ディスクに記録したステップ信号の再生波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数と、Ｃ／Ｎが最も大きくなるようにマルチパルス（記録補償用マルチパルス）を最適化して記録し測定したときの再生周波数特性とを示している。
【００１１】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）から、記録補償なしでディスクに記録を行っても、再生波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数は、再生周波数特性とほぼ一致することが分かる。このことから、記録補償を用いることにより、再生波形の歪みは少なくすることができるが、信号の立ち上がり部分の特性は変化しないと考えられる。以上から、記録補償なしで記録したステップ信号の再生波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数を、記録再生系の伝達特性であると見做すことができる。
【００１２】
図２は、記録再生系の伝達関数を測定するための構成を示している。
図２において、１は測定器、２はスピンスタンド、３は光ディスク、および４は光記録再生ヘッドである。
動作につき説明する。
測定器１において、波形干渉の起きない、また十分長い周期の矩形波信号（例えば、５００ｋＨｚ周期の矩形波信号）を発生させ、これをスピンスタンド２に載置した光ディスク３に光記録再生ヘッド４を介して供給し、記録補償なしで記録する。記録後、再生信号を光記録再生ヘッド４を介して測定器１に取り込む。測定器１においては、データの平均化を行った後、フーリエ解析（ここでは、高速フーリエ変換：ＦＦＴ）により波形の立ち上がり部分の伝達関数（記録再生系の伝達関数）を求める。
【００１３】
次に、以上のようにして求めた記録再生系の伝達関数を用い光ディスクのビット誤り率を推定する、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置について説明する。
なお、本発明装置は、上述したように、光ディスクに実際に信号を記録再生してビット誤り率を測定するのでなく、実際に測定した記録再生系の伝達関数を用いてビット誤り率を推定するシミュレーション装置である。
【００１４】
図３は、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置の一実施形態をブロック図にて示している。
図３において、５はランダム信号発生器、６は符号化器、７は上記求めた伝達関数を有するフィルタリング手段、８は等化器、９はパーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）、１０は復号器、および１１はビット誤り率測定器である。
また、図４（ａ）〜（ｇ）は、図３に、それぞれ（ａ）〜（ｇ）で示す部分における信号の一例の波形図を示している。なお、図４（ｂ）は、図３中の符号化器６中において生じる信号波形であり、図３には示されていない。
【００１５】
動作につき説明する。
図３において、まず、ランダム信号発生器５から、例えば、図４（ａ）に示すＭ系列信号（ランダム信号）を発生させる。
次に、発生したＭ系列信号を符号化器６で符号化する。
ここで、符号化は、８−９符号化、ＲＬＬ（１，７）符号化、またはＲＬＬ（２，７）符号化を適用することができる（文献 Ｐ．Ｈ．Ｓｉｅｇｅｌ ａｎｄ Ｊ．Ｋ．Ｗｏｌｆ，“ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｔｏｒａｇｅ”ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕ．Ｍａｇ，２９，１２， ｐｐ．６８−８６（Ｄｅｃ．１９９１） 参照 ）が、本発明者らは、記録帯域が制限でき、かつ検出窓幅の広いＲＬＬ（１，７）符号を用いて符号化した。そして、符号化したＭ系列信号を所望の転送レートに変換し、図４（ｂ）に示すパルス列の信号にした。
【００１６】
この図４（ｂ）に示す信号をさらにＮＲＺＩ符号化することによって、図４（ｃ）に示すパルス列の信号にし（符号化器６の出力信号）、これを光ディスクに記録する信号であると見做す。
この符号化器６の出力信号（図４（ｃ））を、上記測定して得られた記録再生系の伝達関数を有するフィルタリング手段７に供給してフィルタリングする。
フィルタリングの手順は、図４（ｃ）に示す信号を、まず、フーリェ変換（ＦＴ）し、次に、そのフーリェ変換して得られた信号と上記測定して得られた伝達関数との積をとり、最後に、逆フーリェ変換（ＩＦＴ）を行う。
【００１７】
なお、このフィルタリングにおいては、フィルタリングの前処理、後処理として、媒体ノイズおよび機器ノイズに相当するノイズを付加する。このような処理を行って、フィルタリング手段７から得られた信号（図４（ｄ））を光ディスクの再生信号であると見做す。
【００１８】
次に、この再生信号（図４（ｄ））を等化器８に供給してパーシャルレスポンス Ｐａｒｔｉａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓ ：ＰＲ（１，１），ＰＲ（１，１，１），ＰＲ（１，２，１），ＰＲ（１，２，２，１）の特性のうちから所望のＰＲ特性に等化する。
図４（ｅ）は、図５に示す回路構成の７タップトランスバーサルフィルタを用いてＰＲ（１，１，１）の特性に等化した結果を示している。
なお、図５において、Ｚ−１は遅延素子で、Ｗ１ 〜Ｗ７ は重み付け回路である。
【００１９】
等化器８で等化した後、パーシャルレスポンスマクシマムライクリフッドＰａｒｔｉａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓ Ｍａｘｉｍｕｍ Ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ：ＰＲＭＬ９で上記図４（ｅ）に示される信号中に含まれているもとの符号化信号成分を検出する。発明者らは、ＰＲＭＬ９として回路規模が小さく、高速化に適していると考えられるＰＲ（１，１，１）ＭＬを使用した（Ｍ．Ｋｉｓｈｉｄａ，Ｋ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｋ． Ｋａｍｉｊｏ，Ｈ．Ｔｏｋｕｍａｒｕ，Ｈ．Ｏｋｕｄａ，“ ＰＲＭＬ ｃｈａｎｎｅｌ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｔｒａｎｓｆｅｒ−ｒａｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ”Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＯＤＳ２００１，ｐｐ．４０１−４０８参照）。
図６は、ＰＲ（１，１，１）ＭＬの回路構成を示している。
図６において、ＳＥはセレクタ（選択素子）で、Ｚ−１は遅延素子である。
図４（ｆ）は、ＰＲ（１，１，１）ＭＬの出力信号としてのパルス列を示している。ここでは、符号化信号成分が検出されている。
【００２０】
その後、ＰＲＭＬ９の出力信号（図４（ｆ））を復号器１０に供給して、もとのＭ系列に対応する信号に戻す。この場合、符号化器６においてＲＬＬ（１，７）符号化したので、復号はＲＬＬ（１，７）復号である。
図４（ｇ）は、復号器１０の出力信号としてのパルス列を示している。
【００２１】
以上により得られた復号器１０の出力信号と符号化する以前のランダム信号（ランダム信号発生器５の出力信号）とをビット誤り率測定器１１に供給して比較し、ビット誤り率を測定する。
本例の場合、図４（ｇ）のパルス列（復号器１０の出力信号）と図４（ａ）のパルス列（ランダム信号発生器５の出力信号）とは、時間の経過とともに符号の不一致部分がないので、ビット誤り率ゼロ％の推定結果が得られる。
【００２２】
図７は、波長６３５ｎｍの赤色レーザーを用い、Ｎｕｍｅｄｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒ ：ＮＡ＝０．６５の記録再生システムとを用いて、線速度２５ｍ／ｓで推定したビット誤り率と、実際に試作ディスクにランダムデータを記録し、ビット誤り率を測定した結果とを示している。
図７に示すように、実測した記録再生系のＳ／Ｎは２２．６ｄＢ程度であり、ＰＲ（１，１，１）ＭＬを用いた場合、１０−５以下のビット誤り率が得られた。この結果から、本発明装置を用いて推定したビット誤り率は、実測したビット誤り率に近く、推測値は有効であると考える。
【００２３】
以上の実施形態では、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置を図３に示す構成のハードウエアにて実現した。しかし、光ディスクのビット誤り率の推定は、コンピュータプログラム化してソフトウエアによっても実施可能である。
図８は、光ディスクのビット誤り率の推定をソフトウエアにより行う場合の処理手順をフローチャートにて示している。
【００２４】
図８において、ステップ１（ＳＴ−１）でランダム信号を発生し、その発生したランダム信号をステップ２（ＳＴ−２）で符号化する。そして、ステップ３（ＳＴ−３）において、ＳＴ−２で得られた符号化信号を、測定して得られた記録再生系の伝達関数でフィルタリングし、ステップ４（ＳＴ−４）でＰＲ特性に等化し、ステップ５（ＳＴ−５）で符号化信号成分を検出し、さらに、ステップ６（ＳＴ−６）で復号する。最後に、ステップ７（ＳＴ−７）で、ステップ１（ＳＴ−１）で発生したランダム信号とステップ６（ＳＴ−６）で復号した信号とを比較してビット誤り率を推定する。この推定によって得られた値が、本発明によるビット誤り率の推定結果である。
【００２５】
図９は、線速度１７ｍ／ｓにおいて、Ｓ／Ｎを２２．５ｄＢに設定し、データレートを変えた場合のビット誤り率の定結果を示している。
この記録再生系においては、線速度１７ｍ／ｓで最高１１８Ｍｂｐｓのデータレートでビット誤り率１０−５以下を達成することが可態であると考えられる。
なお、この例は、上述した図３の構成において、ＲＬＬ（１，７）符号化を用い、７タップのトランスバーサルフィルタで等化、ＰＲ（１，１，１）ＭＬで検出復号したものである。このように、本発明装置を使用することにより、最適な記録補償をその都度探すことなく、ビット誤り率を評価することができる。
【００２６】
最後に、本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置を用いて推定したビツト誤り率を用いて光ディスクの記録パワーと回転数を最適化することができることについて説明する。
図１０は、光ディスクの記録パワーと回転数を最適化するための処理をフローチャートにて示している。
図１０中、まず、ステップ１１（ＳＴ−１１）において、光ディスクの最内周や最外周など特定記録領域に記録パワーｎｍＷ（ｎミリワット）、回転数をｍｒｐｍ（ｍ回転／分）で記録を開始する。記録される信号は、符号干渉を受けないように十分低い周波数（例えば、０．５〜１ＭＨｚ）の繰り返し矩形波信号である。そして、ステップ１２（ＳＴ−１２）において、記録された信号を再生して再生信号の波形が矩形的であるか否かを評価する。
【００２７】
評価の結果、矩形的であれば、ステップ１３（ＳＴ−１３）のＦＦＴにより記録再生系の伝達関数測定に進む。もし、矩形的でないならば、ステップ１１（ＳＴ−１１）に戻り、回転数を適当な幅ａで段階的に増加させる。これを繰り返すことりより、再生信号の波形が矩形的になる。
【００２８】
ステップ１３（ＳＴ−１３）により、記録再生系の伝達関数が測定された後は、その伝達関数を組み込んだ本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置、あるいはビット誤り率推定用コンピュータプログラムを用いてビット誤り率を推定する（ステップ１４（ＳＴ−１４））。推定したビット誤り率が基準の値、例えば、基準の値が１０−Ｘ以上であれば、ステップ１１（ＳＴ−１１）に戻り、記録パワーを適当な幅ｂで段階的に増加させる。これを繰り返すことにより、ビット誤り率が１０−Ｘ以下になる。ビット誤り率が１０−Ｘ以下になったときの光ディスクの記録パワーと回転数を、その光ディスクに記録するための最適条件として決定する（ステップ１５（ＳＴ−１５））。
【００２９】
最後に、以上説明した本発明の内容を、映像情報メディア学会が２００２年 ３月 １日に行った技術報告において発明者が発表したときの予稿を以下に転載する。
【００３０】
高速記録再生時の実測再生波形による誤り率の予測
あらまし
再生波形から求めた伝達関数を用いて、光ディスクにおける高速記録再生時の誤り率の予測を行っている。記録補償を用いずに記録したときの再生波形の立ち上り部の特性が、記録補償を用いて記録した場合の周波数特性と変わらないことを示し、シミュレーションにより、線速やデータレートといった条件を変えた場合の誤り率を容易に予測できることを示している。試作ディスクを用いて、データレート１００Ｍｂｐｓ における線速を変えた場合の誤り率の予測と、高線速での記録再生におけるデータレートの限界を予測した。
【００３１】
１．はじめに
現在、取材用カメラにはＶＴＲが使用されている。ＶＴＲはテープの巻き戻しが必要であることから、それが不要で高速アクセス可能な光ディスクを搭載したカメラへの置き換えが望まれている。相変化記録方式と光磁気記録方式がある書き換え可能な光ディスクにおいて、装置の簡易さから、取材用カメラに搭載するには相変化記録方式が適していると考えられる。
カメラ等に搭載する放送用ハイビジョン光ディスクには、１チャンネルあたり１００Ｍｂｐｓ 以上の転送レート、３０ＧＢ程度の記録容量が求められる。筆者等は、赤色レーザーと０．６ｍｍ 基板ディスクを用いて、線速２５ｍ／ｓ でデータレート１００Ｍｂｐｓ の記録再生実験を行った［１］。また、スタジオ用などには今後、より高転送レートなものが必要と考えられる。
現在、相変化光ディスクの評価には、マルチパルス等の記録補償を用いて記録状態を最適化したうえで、再生信号のジッタやビット誤り率を測定することが一般的である。今後、さらなる高転送レート化により、記録補償はより高い精度が求められる。また、さらなる高密度化に向けて、検出系にＰＲＭＬを使用することも必須になる。ビット誤り率の測定は、実際に光ディスクにランダム信号を記録し、再生信号を評価することを理想とするが、ディスク媒体の組成や線速などを変えたときに、その都度あらゆる条件において最適な記録補償を探すのは困難であるといった問題がある。
そこで、光ディスクに矩形波を記録し、その再生波形を測定し、その伝達関数を用いてランダム信号をフィルタリングすることで、誤り率の予測が出来ると考えた。
本報告では、試作ディスクと青紫レーザーを用いて、データレート１００Ｍｂｐｓ における線速を変えた場合の誤り率の予測と、高線速での記録再生におけるデータレートの限界を予測した結果について述べる。また、赤色レーザーによる予測と実測データを比較し、この方式の有効性を確認している。
【００３２】
２．実験装置
図１１に測定に用いた実験装置、表１にその諸元を示す。信号発生器から発生させた信号を光ディスクに記録する。そして、再生信号をディジタイザでサンプリングし、計算機に取り込んだ。サンプリングレートは５００ＭＳ／ｓ とし、量子化レベルは８ｂｉｔである。
【００３３】
【表１】
３．再生波形の測定
３．１．入力信号
伝達関数を測定する際には、入力信号として、連続したスペクトルを持つインパルス波形やステップ波形が用いられる。ここでは、信号の発生が容易なステップ波形を用いることにした［１］。
実際の測定においては、周期信号を入力信号として、信号の立ち上り部分をステップ波形とみなすことにした。入力信号の周期は５００ｋＨｚとした。レーザーのスポットサイズはおよそ０．５μｍ であり、５００ｋＨｚの信号を線速１０ｍ／ｓ で記録すると、マーク長（およびスペース長）は１０μｍ になる。よって、線速１０ｍ／ｓ 以上では、再生信号において波形干渉がほとんどおきていないと考えられる。
【００３５】
３．２．伝達関数
再生した信号をディジタイザでサンプリングして計算機に取り込み、得られた周期信号の波形の立ち上り部分を平均化して、ステップ応答とした。そして、ステップ波形、および再生ステップ応答波形をフーリエ変換し、再生波形の伝達関数を求めた。図１２に線速１５ｍ／ｓ における伝達関数を示す。
【００３６】
３．３．再生波形歪み
光ディスクに信号を記録するときに、記録信号で直接レーザーを変調して記録すると、マーク形状がいわゆる涙目状になり、再生波形に歪みが生じる。この歪みを抑制するために、マルチパルスを用いた記録補償が行われる。しかし、記録媒体の組成や線速等により記録条件は異なるので、全ての条件において最適な記録補償を行うのは困難である。また、高線速度になると、線速が速いことによる冷却効果で、記録補償を用いなくても再生波形の歪みが少なくなる［１］。そこで、本報告でも、記録補償を用いずに記録を行った。
図１３に、試作ディスクに線速１１、１３、１５、１７ｍ／ｓ で記録した信号の再生波形を示す。高線速になるほど歪みが少なくなることがわかる。
図１に各線速における再生波形の立ち上りから求めた伝達関数を示す。さらに、Ｃ／Ｎ が最も大きくなるようにマルチパルスを最適化して記録し測定したときの再生周波数特性も示す。図１から、記録補償を用いずに記録を行っても、信号の立ち上り部分から求めた伝達関数は、周波数特性とほぼ一致することがわかる。このことから、記録補償を用いることにより、再生波形の歪みは少なくすることができるが、信号の立ち上り部分の特性は変化しないと考えられる。図１２より、位相特性も帯域内で十分フラットである。
以上より、記録補償を用いず記録した信号の、再生波形の立ち上り部分から求めた伝達関数を、記録再生系の伝達特性とみなすことにした。そして、信号をこの伝達関数でフィルタリングすることで、実際に記録再生した信号に近い信号を作り出すことが出来ると考えられる。
【００３７】
４．記録再生系の伝達特性を用いた誤り率の算出
４．１．算出方法
図１４にシミュレーション系統図を示す。まず、Ｍ 系列信号を符号化する。ここでは、記録帯域が制限でき、かつ検出窓幅の広いＲＬＬ（１，７）符号を用いた［２］。そして、符号化した系列を所望の転送レートに変換し、３．で求めた記録再生系の伝達関数を用いてフィルタリングする。フィルタリングの前後に、媒体ノイズ、機器ノイズにそれぞれ相当するノイズを付加し、これを再生信号とする。トランスバーサルフィルタで等化した後、ＰＲＭＬで検出復号する。ここでは、回路規模が小さく、高速化に適していると考えられる、ＰＲ（１，１，１ ）ＭＬを用いた［１］。その後ＲＬＬ（１，７）復号化して、元の系列と比較することでビット誤り率を算出した。
【００３８】
４．２．データレート１００Ｍｐｓ における誤り率の算出
図７に、波長６３５ｎｍの赤色レーザーとＮＡ＝０．６５のシステムを用いて、線速２５ｍ／ｓで予測した誤り率と、実際に試作ディスクにランダムデータを記録し、誤り率を測定した結果を示す。実測した記録再生系のＳ／Ｎ は２２．６ｄＢ程度であり、ＰＲ（１，１，１ ）ＭＬを用いた場合１０−５以下のビット誤り率を得られた。これらの結果から、本手法で予測した誤り率は、実測データに近く有効であると考えられる。
図１５に、データレート１００Ｍｂｐｓにおける、線速１１，１３，１５，１７ ｍ／ｓでのビット誤り率の算出結果を示す。線速１１ｍ／ｓにおいては、Ｓ／Ｎが大きくても誤り率が下がらない。線速１１ｍ／ｓでデータレート１００Ｍｂｐｓ で記録すると、最短マーク長は０．１４７μｍ になる。レーザーのスポット系はおよそ０．５μｍであるので、線速１１ｍ／ｓでは最短マークを再生することが出来ず、ＰＲＭＬを用いても誤りが無くならないためと思われる。
記録再生系のＳ／Ｎ を測定したところ、およそ２２．５ｄＢだったので、図１５から今回測定した試作ディスクでは、線速１５ｍ／ｓ 以上で１０−５以下の誤り率を達成できると推測できる。
【００３９】
４．３．線速１７ｍ／ｓ における誤り率の算出
図９に、今回測定したなかで最も高線速である線速１７ｍ／ｓ において、Ｓ／Ｎを２２．５ｄＢに設定し、転送レートを変えた場合のビット誤り率の算出結果を示す。この記録再生系においては、線速１７ｍ／ｓ で最高１１８Ｍｂｐｓ のデータレートでビット誤り率１０−５以下を達成することが可態と考えられる。
【００４０】
５．まとめ
本報告では、高線速で記録を行うと、記録補償を行わなくても、波形の立ち上り部分は記録再生系の伝送特性を十分に表していることを利用し、実測再生波形の伝達関数でフィルタリングしたデータの誤り率をシミュレーションで算出した。実際にディスクにランダム信号を記録再生する実測の誤り率との差はわずかである。本手法では記録補償を用いないので、容易に予測を行うことが出来ると考えられ、青色レーザーと試作０．１ｍｍ 基板ディスクを用いた場合、データレート１００Ｍｂｐｓで１０−５ 以下の誤り率を得るために必要な線速と、線速１７ｍ／ｓ における最高データレートの予測を行った。実際の記録再生系のＳ／Ｎ から、今回の試作ディスクでは、線速線速１５ｍ／ｓ でデータレート１００Ｍｂｐｓ の記録再生が可能であること、そして線速１７ｍ／ｓ では最高１１８Ｍｂｐｓ 程度のデータレートでの記録再生の可能性があると推測できる。
本手法では、モーターの回転やエッジシフト等のジツタの影響等は考慮されていない。こうした要素も考慮に入れれば、より高精度のシミュレーションが出来ると考えられる。
今後は、シミュレーションの精度を上げるとともに、本誤り率推定法を用いて光ディスク媒体の高転送レート化がどこまで可能かという予測を行っていきたい。
謝辞
本研究を進めるにあたり、ディスクを提供していただいた（株）日立製作所中央研究所の寺尾元康氏に感謝いたします。
参考文献
［１］Ｍ．Ｋｉｓｈｉｄａ，Ｋ．Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｋ． Ｋａｍｉｊｏ，Ｈ．Ｔｏｋｕｍａｒｕ，Ｈ．Ｏｋｕｄａ，“ ＰＲＭＬ ｃｈａｎｎｅｌ ｆｏｒ ｈｉｇｈ−ｔｒａｎｓｆｅｒ−ｒａｔｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ”Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＯＤＳ２００１， ｐ．４０１−４０８
［２］Ｐ．Ｈ．Ｓｉｅｇｅｌ ａｎｄ Ｊ．Ｋ．Ｗｏｌｆ：“ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｔｏｒａｇｅ”ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕ．Ｍａｇ，，２９，１２， ｐｐ．６８−８６（Ｄｅｃ．１９９１）
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、記録補償なしで光ディスクのビット誤り率の推定を行うことができるので、光ディスクの線速度や信号のデータレートといった条件を変化させて記録した場合にも光ディスクの評価が効率よく行える利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】線速度をそれぞれ１１，１３，１５，１７ｍ／ｓとし、記録補償なしで試作ディスクに記録したステップ信号の再生波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数と、Ｃ／Ｎが最も大きくなるようにマルチパルス（記録補償用マルチパルス）を最適化して記録し測定したときの再生周波数特性とを示している。
【図２】記録再生系の伝達関数を測定するための構成を示している。
【図３】本発明による光ディスクのビット誤り率推定装置の一実施形態をブロック図にて示している。
【図４】図３に、それぞれ（ａ）〜（ｇ）で示す部分における信号の一例の波形図を示している。
【図５】７タップトランスバーサルフィルタの回路構成を示している。
【図６】ＰＲ（１，１，１）ＭＬの回路構成を示している。
【図７】波長６３５ｎｍの赤色レーザーとＮＡ＝０．６５の記録再生システムとを用いて、線速度２５ｍ／ｓで推定したビット誤り率と、実際に試作ディスクにランダムデータを記録し、ビット誤り率を測定した結果とを示している。
【図８】光ディスクのビット誤り率の推定をソフトウエアにより行う場合の処理手順をフローチャートにて示している。
【図９】線速度１７ｍ／ｓにおいて、Ｓ／Ｎを２２．５ｄＢに設定し、データレートを変えた場合のビット誤り率の推定結果を示している。
【図１０】光ディスクの記録パワーと回転数を最適化するための処理をフローチャートにて示している。
【図１１】測定に用いた実験装置を示している。
【図１２】線速１５ｍ／ｓ における伝達関数を示している。
【図１３】試作ディスクに線速１１、１３、１５、１７ｍ／ｓ で記録した信号の再生波形を示している。
【図１４】シミュレーション系統図を示している。
【図１５】データレート１００Ｍｂｐｓにおける、線速１１，１３，１５，１７ ｍ／ｓでのビット誤り率の算出結果を示している。
【符号の説明】
１ 測定器
２ スピンスタンド
３ 光ディスク
４ 光記録再生ヘッド
５ ランダム信号発生器
６ 符号化器
７ フィルタリング手段
８ 等化器
９ ＰＲＭＬ
１０ 復号器
１１ ビット誤り率測定器
Claims (4)
- ランダム信号発生手段、
該ランダム信号発生手段の出力信号を符号化する符号化手段、
記録再生系の伝達関数を有し、該伝達関数により前記符号化手段の出力信号をフィルタリングするフィルタリング手段、
該フィルタリング手段の出力信号を所望のパーシャルレスポンス（ＰＲ）特性に等化する等化器、
該等化器の出力信号から符号化信号成分を検出するパーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）、
該パーシャルレスポンスマクシマムライクリフッド（ＰＲＭＬ）の出力信号を復号する復号手段、および
前記ランダム信号発生手段の出力信号と前記復号手段の出力信号とを比較してビット誤り率を測定するビット誤り率測定手段
を具えてなることを特徴とする光ディスクのビット誤り率推定装置。 - 請求項１記載の装置において、前記記録再生系の伝達関数は、記録補償なしで光ディスクに矩形波の繰り返し周期信号を記録し、再生信号波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数であることを特徴とする光ディスクのビット誤り率推定装置。
- ランダム信号を発生し、
該発生したランダム信号を符号化し、
記録再生系の伝達関数を有し、該伝達関数により前記符号化した信号をフィルタリングし、
該フィルタリングした信号を所望のパーシャルレスポンス（ＰＲ）特性に等化し、
該等化した信号から符号化信号成分を検出し、
該検出した符号化信号成分を復号し、そして
前記発生したランダム信号と前記復号により得られた信号とを比較してビット誤り率を測定する
順次のステップから構成されていることを特徴とする光ディスクのビット誤りを率推定するためのコンピュータプログラム。 - 請求項３記載のコンピュータプログラムにおいて、前記記録再生系の伝達関数は、記録補償なしで光ディスクに矩形波の繰り返し周期信号を記録し、再生信号波形の立ち上がり部分から求めた伝達関数であることを特徴とする光ディスクのビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002229783A JP2004071069A (ja) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | 光ディスクのビット誤り率推定装置、およびビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002229783A JP2004071069A (ja) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | 光ディスクのビット誤り率推定装置、およびビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004071069A true JP2004071069A (ja) | 2004-03-04 |
Family
ID=32016059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002229783A Pending JP2004071069A (ja) | 2002-08-07 | 2002-08-07 | 光ディスクのビット誤り率推定装置、およびビット誤り率を推定するためのコンピュータプログラム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004071069A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103236899A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-08-07 | 天津光电安辰信息技术有限公司 | 高安全性的录音截断装置 |
| CN109643559A (zh) * | 2016-08-30 | 2019-04-16 | 索尼半导体解决方案公司 | 信号质量评估设备、生成信号质量评估值的方法、以及再现设备 |
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2002
- 2002-08-07 JP JP2002229783A patent/JP2004071069A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103236899A (zh) * | 2013-05-23 | 2013-08-07 | 天津光电安辰信息技术有限公司 | 高安全性的录音截断装置 |
| CN109643559A (zh) * | 2016-08-30 | 2019-04-16 | 索尼半导体解决方案公司 | 信号质量评估设备、生成信号质量评估值的方法、以及再现设备 |
| CN109643559B (zh) * | 2016-08-30 | 2020-11-27 | 索尼半导体解决方案公司 | 信号质量评估设备、信号质量评估值生成方法及再现设备 |
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