JP2006067287A

JP2006067287A - 最大尤度検出調整の方法及びシステム

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Publication number: JP2006067287A
Application number: JP2004248173A
Authority: JP
Inventors: Chia-Yen Chang; 佳彦張
Original assignee: Lite On IT Corp
Current assignee: Lite On IT Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】最大尤度検出調整の方法及びシステムを提供する。
【解決手段】複数の信号が直列配置されてなる受信信号セットを受信するステップと、該複数の信号の信号パターンを取得するステップと、該信号パターンに基づき少なくとも一つの該信号の少なくとも一つの分岐メトリック重みを調整するステップと、該分岐メトリック重みに基づき該複数の信号をビタビアルゴリズムによりデコードし出力するステップ、とを備えて最大尤度を検出して調整する。
【選択図】図３

Description

本発明は一種の最大尤度検出調整の方法及びシステムに係り、特に最大尤度検出器の分岐メトリック重みを改変して検出の正確性を増す方法及びシステムに関する。

最大尤度検出（ＭａｘｉｍｕｍＬｉｋｅｌｉｈｏｏｄＤｅｔｅｃｔｉｏｎ）はよく見られる検出方法であり、広く通信、画像音声、データ保存等の各種領域に使用されている。一般に、最大尤度検出は硬決定（Ｈａｒｄ−ｄｅｃｉｓｉｏｎ）と軟決定（Ｓｏｆｔ−ｄｅｃｉｓｉｏｎ）の二種類に分けられる。硬決定は原信号の量子化準位により強制的に受信信号を理想信号を合法の準位に分け、軟決定は受信信号の準位を保留して最大尤度検出を行なう。軟決定は比較的良好な機能を具えるが、回路の複雑度は比較的高い。しかし技術の進歩に伴い、現在では軟決定方式が使用されることが多い。

Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムはよく見られる最大尤度検出の演算法であり、主要なステップは三つの部分を包含する。即ち、受信信号を受信し理想信号との距離を計算して分岐メトリックを得て、各状態に累加進入する分岐メトリックをパスメトリック（Ｐａｔｈ
Ｍｅｔｒｉｃｓ）となして、生存パス（ＳｕｒｖｉｖｏｒＰａｔｈ）を決定した後、デコードする。各受信信号に対して、先に理想信号との距離を計算（例えば両者の差の平方）し、各状態に進入する分岐メトリックを得る。その後、各状態において直前の状態と現在の信号の分岐メトリックを加え、パスメトリックを計算する。最後の信号の各状態のパスメトリックを計算した後、後ろから前に生存パスを決定し、並びに残った生存パスをデコードして原信号を得る。

Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムは理想（Ｏｐｔｉｍｕｍ）の最大尤度検出方法であるが、ある異常受信信号或いは雑音の影響により、受信信号と原理想信号間の誤差が過大となり、分岐メトリック計算後に得られるパスメトリックにエラーが発生して検出器の最後のデコードがエラーとなり検出の正確性に影響が出る恐れがある。

図１は最大尤度検出器の行なう軟決定検出の表示図である。仮に一組のデータ信号の序列がＤ＝（Ｄ〔１〕，Ｄ〔２〕，．．．，Ｄ〔１２〕）＝（０，１，１，１，０，０，０，０，１，１，１，１）であり、情報チャネル応答モデルが部分応答チャネル（ＰａｒｔｉａｌＲｅｓｐｏｎｓｅＣｈａｎｎｅｌ）ＰＲ（１，２，１）であり、無雑音と異常信号下での理想受信信号はＩ＝Ｉ（Ｉ〔１〕，Ｉ〔２〕，．．．，Ｉ〔１０〕）＝（２，４，２，−２，−４，−４，−４，２，４，４）であり、実際の受信信号がＲ＝（Ｒ〔１〕，Ｒ〔１〕，．．．，Ｒ〔１０〕）＝（１．７，４，３．８，−１．９，０．１，−３．８，−１．９，０．１，−３．９，−１．８，１．９，４．２，４）であり、検出器の四つの状態（ｓｔａｔｅ）がＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３であるとする。観察される受信信号Ｒ〔５〕の値は０．１で、理想受信信号Ｉ〔５〕の値は−４で、Ｒ〔５〕との誤差が過大となる。直前の状態の計算は、Ｓ０よりＳ０に進入（パスＳ０−＞Ｓ０を以て表示）する分岐メトリック１０とされ、｜０．１−（−４）｜² ＝１６．８１で、パスＳ２−＞Ｓ０の分岐メトリック１２は｜０．１−（−２）｜² ＝４．４１であり、分岐メトリック１０、分岐メトリック１２と直前信号Ｒ〔４〕の状態Ｓ０，Ｓ２のパスメトリックを累加し、それぞれ得られるＲ〔５〕受信後のパスメトリックは、１６．８１＋３．３４＝２０．１５及び１５．３４＋４．４１＝１９．７５であり、これより直前の信号状態はＳ２であると判断し、即ち検出器パスがＳ２−＞Ｓ０であると判断する。最後に生存パスを決定するとき、正確な生存パス１２０が得られず、エラー生存パス１００を得るため、信号のデコードに影響が生じる（受信信号Ｒ〔３〕は０であるのが１にデコードされてしまう）。

以上から分かるように、従来の技術にあっては異常信号が検出器のデコードに対して厳重な影響を与え、このため検出結果に解決不能なエラーを発生させてしまう恐れがある。もし雑音或いは異常信号の検出の正確性に対する影響を最低にまで減らすことができれば、検出器の正確性を増すことができる。

本発明の目的の一つは、最大尤度検出調整の方法を提供することにあり、それは異常信号の発生の検出により、最大尤度検出の分岐メトリック重みを改変し、異常信号及び雑音の検出器のデコードに対する影響を減らし、検出の正確性を高める方法であるものとする。

本発明の別の目的は、最大尤度検出調整のシステムを提供することにあり、それは信号受信装置、異常信号検出装置、制御装置、及び分岐メトリック重みを改変可能な最大尤度検出装置を具え、上述の方法を実現するシステムであり、良好な検出機能を得られるシステムであるものとする。

本発明は更にＣＤドライブシステム中に応用されてＣＤドライブの最大尤度検出調整に応用される方法を提供することを目的とする。
本発明はまた、分岐メトリック重み調整を達成する異なる分岐メトリック重み調整の方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、最大尤度検出調整の方法において、
複数の信号が直列配置されてなる受信信号セットを受信するステップと、
該複数の信号の信号パターンを取得するステップと、
該信号パターンに基づき少なくとも一つの該信号の少なくとも一つの分岐メトリック重みを調整するステップと、
該分岐メトリック重みに基づき該複数の信号をＶｉｔｅｒｂｉアルゴリズムによりデコードし出力するステップと、
を具えたことを特徴とする、最大尤度検出調整の方法としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の最大尤度検出調整の方法において、受信信号セットを受信するステップでは既知の応答の情報チャネルを通過したデジタルデータ信号セットを受信し、且つ該デジタルデータ信号セットをエンコード方式でエンコードして該受信信号セットに該既知の応答の情報チャネルを通過後に特定の信号範囲を具備させることを特徴とする、最大尤度検出調整の方法としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の最大尤度検出調整の方法において、信号パターンが受信信号セットの信号範囲にある時、分岐メトリック重みを保持して不変とし、反対に信号パターンが受信信号セットの信号範囲でない時は分岐メトリック重みを調整して分岐メトリック重み調整の方法を利用して分岐メトリック重みを調整することを特徴とする、最大尤度検出調整の方法としている。
請求項４の発明は、請求項３記載の最大尤度検出調整の方法において、分岐メトリック重み調整の方法は所定係数と分岐メトリック重みを相乗演算するステップを具えたことを特徴とする、最大尤度検出調整の方法としている。
請求項５の発明は、請求項３記載の最大尤度検出調整の方法において、分岐メトリック重み調整の方法は対照表に基づき分岐メトリック重みを調整するステップを具えたことを特徴とする、最大尤度検出調整の方法としている。

本発明は最大尤度検出調整の方法及びシステムを提供し、本発明の方法及びシステムによると、異常信号パターンを検出することで最大尤度検出器の分岐メトリック重み（ＢｒａｎｃｈＭｅｔｒｉｃｓＷｅｉｇｈｔｉｎｇ）を調整し、雑音或いは異常信号が最大尤度検出器に対して形成する影響を減らし、これにより検出の正確性を増す。

本発明の特徴の一つは、受信信号デコード前に、異常信号を検出することで最大尤度検出を調整することにある。これにより我々は受信器を利用してある信号パターン（Ｐａｔｔｅｒｎ）を受信する時、この信号が異常信号或いは雑音過大により発生したエラーであるか否かを判断する。

もし我々が原デジタルデータ信号をランレングス制限コードＲＬＬ（２，１０）（ＲｕｎＬｅｎｇｔｈＬｉｍｉｔｅｄ）フォーマットでエンコードするなら、この信号が部分応答チャネルＰＲ（１，２，１）を通過する時、理想の信号準位は（４，２，−２，−４）の四種類とされ、同時受信信号は（２，−２，２）、（−２，２，−２），（−２，４，−２）、或いは（２，−４，４）のような（＋，−，＋）或いは（−，＋，−）の信号パターンを有さず、連続する二つの受信信号の準位差が６を超える状況は発生しない。これによりもし受信端が受信する信号に異常の状況が発生すれば、この信号は異常であると判定できる。

図２は本発明の方法の最大尤度検出器が行なう軟決定の表示図である。図２に示されるように、実際の受信信号Ｒ〔３〕，Ｒ〔４〕，Ｒ〔５〕は（３．８，−１．９，０．１）であり、硬決定の方式でそれを量子化すると（４，−２，２）となり、即ち受信信号は（＋，−，＋）のパターンとなる。ＲＬＬ（２，１０）でエンコードしたデジタルデータ信号は情報チャネルＰＲ（１，２，１）を通過した後にこのパターンを有し得ず、受信信号Ｒ〔５〕が異常信号であると判断する。異常信号Ｒ〔５〕が検出された時、最大尤度検出を行ない分岐メトリックを計算するとき、本発明の提出する方法は、分岐メトリックの重みを改変する。本実施例ではＲ〔５〕の各状態の分岐メトリックに設定された係数例えば０．５を乗算し、即ちＲ〔５〕の分岐メトリック重みをもとの半分に減らし、砂和議我々は新たな分岐メトリックの値を得る。状態Ｓ０に関しては、受信信号Ｒ〔５〕はパスＳ０−＞Ｓ０の分岐メトリック２０が０．５×｜０．１−（−４）² ｜＝８．４１に変わり、パスＳ２−＞Ｓ０の分岐メトリック２２は０．５×｜０．１−（−２）² ｜＝２．２１に変わる（図１を対照すると、従来の技術で得られる分岐メトリックはそれぞれ１６．８１と４．４１である）。分岐メトリック２０、分岐メトリック２２及び直前信号Ｒ〔４〕の状態Ｓ０，Ｓ２のパスメトリックの累加により得られるパスメトリックはそれぞれ８．４１＋３．３４＝１１．７５及び２．２１＋１５．３４＝１７．５５であり、これにより直前の信号Ｒ〔４〕の状態はＳ０であると判断し、即ちパスはＳ０−＞Ｓ０であると判断し、最後に生存パスを決定する時、得られる生存パス２００は正確な生存パスであり、これにより正確にデコードできる。状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の分岐メトリック及びパスメトリックの計算はいずれも状態Ｓ０の計算方式のようであり、これについては重複した説明を行なわない。

この実施例中で使用される分岐メトリック重み調整の方法は、固定係数を乗算するほか、対照表（Ｌｏｏｋ−ＵｐＴａｂｌｅ）を利用する方式も可能であり、即ち出現する異常信号モードの違いに基づき、予め設けられた対照表を利用し、異なる異常信号パターンに対して異なる方法を用いて分岐メトリックの重みを改変する。例えば、受信信号が（２，−２，４）のパターンであれば、分岐メトリックの計算は係数０．５を乗算し、もし受信信号が（２，−２，２）のパターンであれば、分岐メトリックの計算は係数０．７を乗算し、もし受信信号が（−２，２，−２）のパターンであれば、各状態の分岐メトリックを特定値に設定する等とされ、異なる信号パターンに依り対照表を形成し、最大尤度検出器に異なる分岐メトリック重み調整の計算を行なわせ、本発明は並びに分岐メトリック重み調整の方法に限定されるものではない。

従来の技術中、受信信号Ｒ〔５〕の分岐メトリックを計算することにより信号検出エラーをもたらしたが、本発明の方法を利用することで、異常信号により検出器に発生する影響を改善することができる。

ここで強調しなければならないことは以下のことである。本発明はデータ信号のエンコードに対してＲＬＬのエンコード方式及び部分応答チャネルＰＲ（１，２，１）のチャネルパターンに限定されない。受信端が異常エラー出現の信号パターンを予め判断できる任意のエンコード方式及びチャネル応答であれば本発明の精神に符合する。

図３は前述したことを総合した本発明の実施例のフローチャートである。デジタルデータ信号が情報チャネルを通過した後、受信端が一組の受信信号セットを受け取る（ステップ３００）。ステップ３１０では受信信号セットに対して異常信号検出を行ない、該受信信号セットに異常信号の発生があるかを検出する。もし異常信号を検出すれば、該異常信号の分岐メトリック重みを改変し（ステップ３２０）、その後、更に受信信号の分岐メトリックを計算する（ステップ３３０）。もし異常信号を検出しなければ（ステップ３１０）、直接ステップ３３０で該受信信号セットの全ての受信信号の分岐メトリックを計算しする。受信信号セットの全ての分岐メトリックを計算した後、各分岐メトリックを累加して該受信信号セットの検出器の各状態のパスメトリックを得て（ステップ３４０）、該受信信号セットの最後の受信信号のパスメトリックを得た後、この組の受信信号の生存パスを決定する（ステップ３５０）。最後に得られた生存パスに基づき、この組の受信信号を原デジタルデータ信号にデコードし還元する（ステップ３６０）。そのうちステップ３３０からステップ３６０は原Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムのデコードフローである。

本発明はまた上述の実施例の方法を実施する最大尤度検出調整のシステムを提供する。図４は本発明の具体的実施例のシステムブロック図である。本発明の提供するシステムは、信号受信装置４００、異常信号検出装置４１０、制御装置４２０、及び分岐メトリック重みを改変可能な最大尤度検出装置４３０を具えている。ある実施例では、信号受信装置４００はＲＦ受信モジュールとされて一組の受信信号を受信するのに用いられ、そのうちこの組の受信信号はエンコードされたデジタルデータ信号が情報チャネルを通過した後に発生するアナログ信号である。異常信号検出装置４１０は、入力された受信信号に対して、この組の受信信号に異常信号の発生があるかを判断し、並びに検出結果を制御装置４２０に送る。制御装置４２０は異常信号検出装置４１０の検出結果に基づき、一組の制御信号を提供して分岐メトリックの重みを調整する。最後に分岐メトリック重みを改変可能な最大尤度検出装置４３０が受信信号をデコードして原デジタルデータ信号に還元し、その機能はこの組の受信信号を、制御装置４２０の制御信号により調整した分岐メトリック重みに基づき、Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムのステップによりデコードし、並びに還元したデジタルデータ信号を出力することにある。

上述の制御装置４２０は、ハードウエア回路で実施されるほか、ソフトウエアプログラムにより達成可能である。本発明の提出する最大尤度検出調整のシステムはまた上述の特定機能を具えたチップ中に整合可能であるほか、電子装置アセンブリの回路を利用して達成できる。該制御装置４２０が最大尤度検出器分岐メトリック重みを調整する方法、原分岐メトリックに所定の係数を乗算するか、或いは対照表に照らして異なる受信信号パターンに基づき決定する等の各種の方式が可能で、制御装置４２０の機能、即ち分岐メトリック重みを改変する方法の細部は前述したとおりであるので重複した説明は行なわない。

ＣＤドライブがＣＤデータを読み取るチャネルには内部符号干渉（Ｉｎｔｅｒ−ＳｙｍｂｏｌＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＩＳＩ）の状況があり、内部符号干渉が読み取り機能を与える影響を減らすため、ＣＤドライブの読み取りヘッドは部分応答サンプルを使用して内部符号干渉を減らす。これによりＣＤデータ読み取りの過程はデジタルデータ信号が部分応答チャネル、例えばＰＲ（１，２，１）、ＰＲ（１，２，２，１）．．．等を通過することと見なすことができる。ＣＤ中、デジタルデータは通常ＲＬＬエンコードされ、ＣＤに常用されるエンコード方式には、ＲＬＬ（２，７）、ＲＬＬ（２，１０）等のエンコード方式がある。ＲＬＬエンコードのデジタルデータが部分応答チャネルを通過した後には特定の信号パターンを有し、例えばＲＬＬ（２，１０）エンコードデータとＰＲ（１，２，１）部分応答チャネルは、連続する二つの読み取り信号準位差が６を超過せず（合法信号準位が４，２，−２，−４の下で）、或いは、信号が（＋，−，＋）、（−，＋，−）の状況を有さない。これによりＣＤドライブシステムにおいては、読み取りヘッドはディスク上より読み取ったデータに対して、Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムでデコードする前に、異常信号の発生の有無を判断でき、これにより本発明の提供する最大尤度検出調整の方法に適用される。図５は本発明の実施例を示し、それはＣＤドライブシステムの最大尤度検出の方法のフローチャートである。まず、ＣＤドライブ読み取りヘッドが部分応答サンプリングでＣＤに記録されたＲＬＬエンコードのデジタルデータを読み出し、アナログ信号を得る（ステップ５００）。並びにこのアナログ信号に対して異常信号の有無を検出する（ステップ５０１）。もし該アナログ信号に異常信号が検出されなければ、該アナログ信号を直接Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムでデコードする（ステップ５３０）。反対に、もし該アナログ信号中に異常信号の発生が検出されれば、発生した異常な信号に対してその分岐メトリックの重みを調整し（ステップ５２０）、更にＶｉｔｅｒｂｉアルゴリズムでデコードする。部分応答サンプリングの実施の細部については、この技術の知識を有する者であれば簡単に実施できる。Ｖｉｔｅｒｂｉアルゴリズムの組成ステップ及び分岐メトリック重み調整の方法は、分岐メトリックに所定の係数を乗算するか或いは対照表に照らして調整する方法がある。その関係細部は前述したとおりであるため、重複した説明は行なわない。

上述の具体的実施例中、異常状況は部分応答チャネルの違いにより異なる。ＣＤ上のデータ記録密度が高いほど、内部符号干渉の状況は厳重となり、或いは、ＣＤの材質の違いにより、適用される部分応答チャネルモデルもまた異なる。異なる部分応答チャネルに対しては、ＲＬＬエンコードされたデジタルデータを読み取りヘッドで読み取った後に異なる信号パターンを有し得て、ＣＤ上のエンコード方式或いは読み取りヘッドの部分応答サンプリングの設計時に、ＣＤドライブがデコード前に特定信号パターンを検出し本発明の提供する最大尤度検出調整の方法を応用することで、信号デコードの正確性を高めることができる。

以上は本発明の好ましい実施例の説明であって本発明の範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。

周知の最大尤度検出の軟決定検出の表示図である。本発明の最大尤度検出の軟決定の表示図である。本発明の方法のフローチャートである。本発明の実施例のシステムブロック図である。本発明の別の実施例のフローチャートである。

符号の説明

１００エラー生存パス
１２０正確な生存パス
１０、１２分岐メトリック
２００正確な生存パス
２０、２２分岐メトリック
４００信号受信装置
４１０異常信号検出装置
４２０制御装置
４３０分岐メトリック重みを改変可能な最大尤度検出装置
３００、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０、３６０、５００、５１０、５２０、５３０ステップ

Claims

最大尤度検出調整の方法において、
複数の信号が直列配置されてなる受信信号セットを受信するステップと、
該複数の信号の信号パターンを取得するステップと、
該信号パターンに基づき少なくとも一つの該信号の少なくとも一つの分岐メトリック重みを調整するステップと、
該分岐メトリック重みに基づき該複数の信号をＶｉｔｅｒｂｉアルゴリズムによりデコードし出力するステップと、
を具えたことを特徴とする、最大尤度検出調整の方法。
請求項１記載の最大尤度検出調整の方法において、受信信号セットを受信するステップでは既知の応答の情報チャネルを通過したデジタルデータ信号セットを受信し、且つ該デジタルデータ信号セットをエンコード方式でエンコードして該受信信号セットに該既知の応答の情報チャネルを通過後に特定の信号範囲を具備させることを特徴とする、最大尤度検出調整の方法。
請求項２記載の最大尤度検出調整の方法において、信号パターンが受信信号セットの信号範囲にある時、分岐メトリック重みを保持して不変とし、反対に信号パターンが受信信号セットの信号範囲でない時は分岐メトリック重みを調整して分岐メトリック重み調整の方法を利用して分岐メトリック重みを調整することを特徴とする、最大尤度検出調整の方法。
請求項３記載の最大尤度検出調整の方法において、分岐メトリック重み調整の方法は所定係数と分岐メトリック重みを相乗演算するステップを具えたことを特徴とする、最大尤度検出調整の方法。
請求項３記載の最大尤度検出調整の方法において、分岐メトリック重み調整の方法は対照表に基づき分岐メトリック重みを調整するステップを具えたことを特徴とする、最大尤度検出調整の方法。