JP2006351126A - ディスク信号解析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ビタビ復号回路の仕様を決定する前に、光学再生系の応答特性の解析が行えるディスク信号解析装置を提供すること。
【解決手段】
ＰＲＭＬ信号処理回路を有するディスク信号解析装置において、前記ＰＲＭＬ信号処理回路には、任意の参照レベルを設定する手段と、任意の等化目標レベルを設定する手段と、これら参照レベル信号と目標レベル信号のいずれかを適応等化ターゲットとして選択する手段、を設けたことを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明はディスク信号解析装置に関し、詳しくは、ＤＶＤや次世代記録メディアなどのＰＲＭＬ(Partial Response Maximum Ｌikelihood)信号処理機能が搭載された高密度光ディスク信号をはじめとする少なくとも2値以上で記録されたディスク信号の解析評価に用いるディスク信号解析装置の改良に関するものである。

ＰＲＭＬ信号処理は高密度化を図る再生信号処理方法の一つであって、符合間干渉を意図的に与える方法によって波形を整えるＰＲ方式と、データ間に相関をもたせて記録したデータの列から最も確からしいデータ列を検出するＭＬ方式を採用したデータチャンネル技術である。

磁気ディスクや光ディスクにおいて、ＭＲヘッドまたは光ピックアップで検知した信号だけではデータかノイズかの判断が困難である。そこで、この判断を的確に行うために、ＰＲＭＬ信号処理を使う。すなわち、記録された符号は、常に前に書き込まれた符号の影響を受ける。そこで、ＰＲＭＬ信号処理ではこの符号間干渉を利用し、データを再生する時に再生歪を修正する波形等化方式（ＰＲ方式）と、再生したデータの間に相互関係がある時に最も的確な符号を検出する方式（ＭＬ方式）とを組み合わせて用いる。磁気ディスク装置だけでなく、光ディスク装置や映像記録用のVTR等でも注目されている。

出願人は、このようなＰＲＭＬ信号処理回路が搭載されたディスク信号解析装置を、例えば特開２００３−２０３４２９として出願している。

特開２００３−２０３４２９

図３は、従来のディスク信号解析装置におけるＰＲＭＬ信号処理回路の一例を示すブロック図であり、高密度光ディスクドライブにおけるＰＲＭＬ信号処理回路部分と同一の構成を有している。なお、ＰＲＭＬ信号処理回路の後段には、再生信号を解析する回路や機能ブロックが接続されるが、本発明の説明では不要なため省略する。

ＰＲＭＬ信号処理回路１００において、アナログ入力回路１は、入力されるＲＦ信号を増幅したり、インピーダンス変換を目的として信号を増幅する。ゲインを平均化するＡＧＣ（Auto Gain Control）、ＲＦ信号の不要オフセット成分を取り除くオフセットキャンセル回路を具備することもある。

Ａ／Ｄ変換回路２は、アナログ入力回路１の出力信号をディジタル信号に変換して量子化する。

等化回路３は、Ａ／Ｄ変換回路２でディジタル信号に変換量子化されたＲＦ信号の特性を、ＰＲＭＬ信号処理回路の前段に設けられている光ピックアップ光学特性の伝達関数に合致するように目標とするＰＲ特性に近似させる。

参照レベルメモリ４には、等化回路３の出力信号の等化誤差を算出するための参照レベルデータが保持されている。

ビタビ復号回路５は、等化誤差量から、ビタビアルゴリズムを使って２値信号に復号する。

目標波形生成回路６は、ビタビ復号回路５で復号された２値信号から、理想となる目標レベルを決定して出力するものであり、ＦＩＲフィルタなどで構成される。

タップ係数制御回路７は、等化誤差が最小になるように等化回路３のフィルタタップ係数を最適化するものであり、目標波形生成回路６から出力される目標レベル信号、等化回路３から出力される等化信号およびＡ／Ｄ変換回路２から出力される量子化信号が入力されている。

図４は、図３における等化回路３の具体的な構成例を示すブロック図である。図４において、等化回路３は、ディジタルトランスバーサルフィルタ３００で構成されている。ディジタルトランスバーサルフィルタ３００は、入力信号ｘ_ｋをフィルタのタップ数分に応じて逐次遅延させる複数の遅延素子Ｄ_０〜Ｄ_Ｎ−１よりなる遅延回路３０１と、入力信号ｘ_ｋ〜ｘ_{ｋ−Ｎ−１}とフィルタタップ係数Ｃ_０〜Ｃ_Ｎ−１を乗じる乗算回路３０２と、乗算回路３０２の総和を等化信号ｙ_ｋとして出力する加算回路とで構成されている。

図５は、図３における等化回路３とタップ係数制御回路７を実現するために用いるフィルタユニット４００のブロック図である。適応等化フィルタ４０１はタップ係数Ｃ_ｋを有するものであり、入力信号ｘ_ｋが入力されることによって等化信号ｙ_ｋを出力する。

この等化信号ｙ_ｋは加算器４０２の一方の入力端子に入力される。加算器４０２の他方の入力端子には、等化信号ｙ_ｋの理想となるトレーニング信号ｄ_ｋが入力される。加算器４０２は等化信号ｙ_ｋとトレーニング信号ｄ_ｋの誤差信号ｅ_ｋを演算して、演算結果をＬＭＳ（Least Mean Square）ブロック４０３に入力する。

ＬＭＳブロック４０２は、誤差信号ｅ_ｋが最小となるように、（１）式のアルゴリズムを使って適応等化フィルタ４０１のタップ係数Ｃ_ｋを最適化する。
Ｃ_ｎ＋１＝Ｃ_ｎ＋μ＊ｘ_ｎ＊ｅ_ｎ （１）
μ：ステップサイズで、タップ係数の１回の補正量を制御するパラメータ

図６は、図３の動作を説明するフローチャートである。
ステップ（Ａ）
例えば光ピックアップで検出されたＲＦ信号は、ＰＲＭＬ信号処理回路１００に入力され、アナログ入力回路１によって所望の信号変換が行われる。

ステップ（Ｂ）
アナログ入力回路１から出力されたアナログ出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路２でディジタル信号に量子化される。なおこのＡ／Ｄ変換回路２のサンプリングクロックは、図示しない後段のＰＬＬ回路で再生されて与えられる。

ステップ（Ｃ）
等化回路３は、量子化されたＲＦ信号を畳み込み演算によって等化する。このとき、等化回路３のタップ数Ｎ、タップ係数Ｃ_０〜Ｃ_Ｎ−１は、光ピックアップの光学伝達関数に合致する目標ＰＲ応答波形に近似できるような初期値が与えられる。

ステップ（Ｄ）
ビタビ復号回路５は、等化回路３から出力される等化信号と参照レベルメモリ４に格納された理想レベルから等化誤差を算出し、既知のビタビアルゴリズムを用いて２値信号に復号する。例えば、ＰＲ（１２２１）を理想応答波形とする場合、参照レベルメモリ４には、７値の理想レベルが格納されている。

ステップ（Ｅ）
目標波形生成回路６は、ビタビ復号回路５で復号された２値信号から、目標となるレベル信号を出力する。例えばＰＲ（１２２１）を理想応答波形とする場合、概ね１：２：２：１の比のタップ係数をもったＦＩＲフィルタを通過させることにより、目標レベル信号を生成する。

ステップ（Ｆ）
タップ係数制御回路７は、Ａ／Ｄ変換回路２から入力される量子化されたＲＦ信号、等化回路３から入力される等化信号、および目標波形生成回路６から入力される目標レベル信号に基づき、（１）式のＬＭＳアルゴリズムを用いてタップ係数Ｃ_ｋを等化誤差が最小になる最適値に補正する。Ａ／Ｄ変換回路２後段の各回路はＡ／Ｄサンプリングに同期したクロックによって動作するものである。これら後段の各回路には、タップ係数制御回路７に入力される等化信号および量子化されたＲＦ信号のデータタイミングを一致させるための遅延回路（フリップフロップ）が適宜配置されている。

ステップ（Ｇ）
一連のサンプリング処理が終了するまで、ステップ（Ａ）〜（Ｆ）がサンプリングクロックのタイミングで逐次行われる。等化回路３のタップ係数は、等化誤差が最小になる最適値に収束するように制御される。

しかし、このような従来のディスク信号解析装置の適応等化機能を用いて光ディスクドライブのＰＲＭＬ信号処理回路を設計する場合、設計対象とするビタビ復号回路の構成が確定していないと目標とする信号レベルが定まらないことから、信号の適正な評価が行えない不便さがある。

また、光学系の伝達特性をどんなＰＲ応答波形に近似させるかを検討する段階では、参照レベルおよび目標レベルをユーザーが任意に設定できないことから、ビタビ復号パラメータについて試行錯誤を繰り返して解析しなければならず、作業工数を要するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、ビタビ復号回路の仕様を決定する前に、光学再生系の応答特性の解析が行えるディスク信号解析装置を提供することにある。

このような課題を達成する本発明の請求項１記載の発明は、
ＰＲＭＬ信号処理回路を有するディスク信号解析装置において、
前記ＰＲＭＬ信号処理回路には、
任意の参照レベルを設定する手段と、
任意の等化目標レベルを設定する手段と、
これら参照レベル信号と目標レベル信号のいずれかを適応等化ターゲットとして選択する手段、
を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のディスク信号解析装置において、
前記ＰＲＭＬ信号処理回路には、
さらに、ＬＭＳアルゴリズムを用いてタップ係数を最適化するタップ係数制御回路を設けたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のディスク信号解析装置において、
前記適応等化ターゲット選択手段は、適応等化ターゲットなしも選択することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のディスク信号解析装置において、
前記タップ係数制御回路は、適応等化ターゲットなしの状態においては、適応等化処理を行わないことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１記載のディスク信号解析装置において、
前記レベル判定回路は、等化信号レベルから理想のレベルを判定するのにあたり、以下の機能を有することを特徴とする。
ａ）最も近い参照レベルを理想のレベルと判断する
ｂ）最も近いレベルだけでなく、過去のレベルの遷移を考慮して妥当性のある参照レベルを理想レベルと判断する
ｃ）最も近いレベルだけでなく、符号規則から決まるルールを考慮して、妥当性のある参照レベルを理想レベルと判断する

本発明によれば、適応等化ターゲットを選択できることにより、ビタビ復号回路の仕様を決定する前に光学再生系の応答特性の解析を行うことができ、ＰＲＭＬ信号処理回路の設計効率を向上させることができる。

また、参照レベル、目標レベルをユーザーが任意に可変できることにより、光学再生系の応答特性が未知な場合でも、ビタビ復号回路の仕様を決定する前に特性の解析が行えるディスク信号解析装置を実現できる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図３と共通する部分には同一の符号を付けている。図１のＰＲＭＬ信号処理回路５００では、図３のＰＲＭＬ信号処理回路１００に、レベル判定回路８と適応等化ターゲットメモリ９および目標レベルメモリ１０が追加されている。

レベル判定回路８は、参照レベルメモリ４の参照レベルの中から等化回路３の出力信号に対して最も適切な理想レベルを決定し、タップ係数制御回路７に入力する。
具体的には、よりキメ細かな適応制御が行えるように、等化信号レベルから理想のレベルを判定するのにあたり、以下のような複数の機能を搭載している。
ａ）最も近い参照レベルを理想のレベルと判断する
ｂ）最も近いレベルだけでなく、過去のレベルの遷移を考慮して妥当性のある参照レベルを理想レベルと判断する
ｃ）最も近いレベルだけでなく、符号規則から決まるルールを考慮して、妥当性のある参照レベルを理想レベルと判断する

適応等化ターゲットメモリ９は、適応等化の入力レベルを適応等化ターゲットとしてタップ係数制御回路７に入力するものである。レベル判定回路８の出力を使うか、ビタビ復号の結果から決定される目標波形生成回路６の出力を使うか、適応等化ターゲットなしのいずれかの状態を保持していて、ユーザーが必要に応じてこれらの適応等化ターゲットを切り替えて使用する。

目標レベルメモリ１０は、ビタビ復号回路５も含めた系で適応等化によって応答を最適化するための理想的なレベルが格納されたものであり、ユーザーが任意に設定する。目標レベルメモリ１０の出力信号は、目標波形生成回路６に入力される。

なお、一般的には、目標レベルと参照レベルは同一値になるが、等化信号の収束効果を高めるためには、目標レベルをより厳しい値に設定することが望ましい。そこで、本発明では、図１のように、参照レベルメモリ４と目標レベルメモリ１０とを互いに独立させてそれぞれの値を個別に設定できるようにしている。

図１の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。
ステップ（Ａ）
はじめに、適応等化ターゲットを、参照レベルを使ったレベル判定回路８の出力とする（レベル判定モード）か、ビタビ復号の結果と目標レベルを使った目標波形生成回路６の出力とする（ビタビ判定モード）か、さらには適応等化ターゲットなしかを決定し、決定したモードを適応等化ターゲットメモリ９に格納する。
なお、適応等化ターゲットなしに決定した場合、タップ係数制御回路７は、適応等化処理を行わないものとする。

ステップ（Ｂ）
例えば光ピックアップで検出されたＲＦ信号は、ＰＲＭＬ信号処理回路５００に入力され、アナログ入力回路１によって所望の信号変換が行われる。

ステップ（Ｃ）
アナログ入力回路１から出力されたアナログ出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路２でディジタル信号に量子化される。なおこのＡ／Ｄ変換回路２のサンプリングクロックは、図示しない後段のＰＬＬ回路で再生されて与えられる。

ステップ（Ｄ）
等化回路３は、量子化されたＲＦ信号を畳み込み演算によって等化する。このとき、等化回路３のタップ数Ｎ、タップ係数Ｃ_０〜Ｃ_Ｎ−１は、光ピックアップの光学伝達関数に合致する目標ＰＲ応答波形に近似できるような初期値が与えられる。

ステップ（Ｅ）
適応等化ターゲットがレベル判定モードの場合、レベル判定回路８は、等化回路３から出力される等化信号に対し、参照レベルメモリ４に格納されたレベルの中から最も近いレベルを検出し、検出した信号を参照レベル信号としてタップ係数制御回路７に出力する。

ステップ（Ｆ）
タップ係数制御回路７は、設定されている適応等化ターゲットがレベル判定モードか否かを判定する。

ステップ（Ｇ）
タップ係数制御回路７は、レベル判定モードであると判断することにより、参照レベルメモリ４から参照レベル信号を取り込む。そして、Ａ／Ｄ変換回路２から入力される量子化されたＲＦ信号、等化回路３から入力される等化信号、および参照レベルメモリ４から入力される参照レベル信号に基づき、（１）式のＬＭＳアルゴリズムを用いてタップ係数Ｃ_ｋを等化誤差が最小になる最適値に補正する。
ステップ（Ｈ）
これに対し、適応等化ターゲットがビタビ判定モードの場合、ビタビ復号回路５は、等化回路３から出力される等化信号と参照レベルメモリ４に格納された理想レベルから等化誤差を算出し、既知のビタビアルゴリズムを用いて２値信号に復号する。例えば、ＰＲ（１２２１）を理想応答波形とする場合、参照レベルメモリ４には、７値の理想レベルが格納されている。

ステップ（Ｉ）
目標波形生成回路６は、目標レベルメモリ１０の出力信号とビタビ復号回路５で復号された２値信号から目標となるレベル信号を生成し、タップ係数制御回路７に出力する。例えばＰＲ（１２２１）を理想応答波形とする場合、概ね１：２：２：１の比のタップ係数をもったＦＩＲフィルタを通過させることにより、目標レベル信号を生成する。

その後、ステップ（Ｆ）に移り、タップ係数制御回路７は、設定されている適応等化ターゲットがレベル判定モードか否かを判定する。

ステップ（Ｊ）
タップ係数制御回路７は、レベル判定モードではなくビタビ判定モードであると判断することにより、目標波形生成回路６から目標レベル信号を取り込む。そして、Ａ／Ｄ変換回路２から入力される量子化されたＲＦ信号、等化回路３から入力される等化信号、および目標波形生成回路６から入力される目標レベル信号に基づき、（１）式のＬＭＳアルゴリズムを用いてタップ係数Ｃ_ｋを等化誤差が最小になる最適値に補正する。

ステップ（Ｋ）
一連のサンプリング処理が終了するまで、ステップ（Ａ）〜（Ｊ）がサンプリングクロックのタイミングで逐次行われ、等化回路３のタップ係数は、等化誤差が最小になる最適値に収束するように制御される。

ビタビ復号の系も含めた等化応答特性を解析する場合は、目標レベルを可変させながら以上の動作を繰り返し、最適な等化回路を設計する。例えば、目標レベルとして参照レベル以上のレベルに設定することによって、結果的に等化信号を参照レベルに漸近させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ディスク信号解析装置のＰＲＭＬ信号処理回路に、適応等化ターゲットを選択できる機能を持たせたことによって、ビタビ復号回路の仕様を決定する前に光学再生系の応答特性の解析を行うことができ、ＰＲＭＬ信号処理回路の設計効率を向上させることができる。

また、参照レベル、目標レベルをユーザーが任意に可変できる構成であることにより、特性が未知な解析においても、柔軟な設計が可能になる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 図１の動作を説明するフローチャートである。 従来のディスク信号解析装置におけるＰＲＭＬ信号処理回路１００の一例を示すブロック図である。 図３における等化回路３の具体的な構成例を示すブロック図である。 図３における等化回路３とタップ係数制御回路７を実現するために用いるフィルタユニット４００のブロック図である。 図３の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ アナログ入力回路
２ Ａ／Ｄ変換回路
３ 等化回路
４ 参照レベルメモリ
５ ビタビ復号回路
６ 目標波形生成回路
７ タップ係数制御回路
８ レベル判定回路
９ 適応等化ターゲットメモリ
１０ 目標レベルメモリ
３００ ディジタルトランスバーサルフィルタ
４００ フィルタユニット
５００ ＰＲＭＬ信号処理回路

Claims (5)

1. ＰＲＭＬ信号処理回路を有するディスク信号解析装置において、
   前記ＰＲＭＬ信号処理回路には、
   任意の参照レベルを設定する手段と、
   任意の等化目標レベルを設定する手段と、
   これら参照レベル信号と目標レベル信号のいずれかを適応等化ターゲットとして選択する手段、
   を設けたことを特徴とするディスク信号解析装置。
2. 前記ＰＲＭＬ信号処理回路には、
   さらに、ＬＭＳアルゴリズムを用いてタップ係数を最適化するタップ係数制御回路を設けたことを特徴とする請求項１記載のディスク信号解析装置。
3. 前記適応等化ターゲット選択手段は、適応等化ターゲットなしも選択することを特徴とする請求項１記載のディスク信号解析装置。
4. 前記タップ係数制御回路は、適応等化ターゲットなしの状態においては、適応等化処理を行わないことを特徴とする請求項３記載のディスク信号解析装置。
5. 前記レベル判定回路は、等化信号レベルから理想のレベルを判定するのにあたり、以下の機能を有することを特徴とする請求項１記載のディスク信号解析装置。
   ａ）最も近い参照レベルを理想のレベルと判断する
   ｂ）最も近いレベルだけでなく、過去のレベルの遷移を考慮して妥当性のある参照レベルを理想レベルと判断する
   ｃ）最も近いレベルだけでなく、符号規則から決まるルールを考慮して、妥当性のある参照レベルを理想レベルと判断する
   

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