JP2006522424A - Ｒｌｌベース記憶媒体のためのクロストークキャンセル方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ランレングスリミテッド符号記憶システムに関する。現代の記憶システムでは、高い記憶密度を可能にするためにトラック間隔がかなり小さく選択されている。その結果、目標トラックの読み取り時に、サイドトラックに書き込まれたデータが再生信号に現れ得る。このトラック間妨害はクロストークと言われている。本発明は、再生信号の２つの遷移点間の実際のランレングスと期待ランレングスとの不一致の最小化に基づくクロストークキャンセル方法を提案する。提案の方法は受信機のランプアップ特性を大きく改善するとともに、より効率的なハードウエア実現を可能にする。

Description

本発明は、クロストークキャンセル方法、クロストークキャンセル方法を実行するためのコンピュータプログラム、クロストークキャンセル手段を具えた信号プロセッサ、および記憶媒体上のトラックに沿って記憶された信号を読み取るクロストークキャンセル手段付読取装置に関するものである。

本発明は、記録媒体上のトラックに沿ってデータを記憶する記憶システムに関する。現代の記憶システムでは、高い記憶密度を可能にするためにトラック間隔がかなり小さく選択されている。その結果、目標トラックの読み取り時に、サイドトラックに書き込まれたデータが再生信号に現れ得る。このトラック間干渉はクロストークと言われている。

本発明はこのような記憶システムに使用し、クロストークを除去して再生信号を改善するのに有利である。例えば、本発明は光記憶システム（ＤＶＤ、ブルーレイディスク、スモールフォームファクタ光ディスクなど）、磁気記憶システム（特にハードディスク）、光磁気記憶システムに適用する。

光記憶システムの場合、記憶システムに半径方向傾きが存在するとき、光スポットがより多量にサイドトラック上まで延在するために、クロストークがより大きくなる。

クロストーク除去装置はＵＳ特許第６，１３４，２１１号明細書に記載されている。この装置は、メイントラックと２つの隣接トラックを同時に読み取る３つの読取素子を有する。３つの読取素子により読み取られた３つの信号をサンプリングして３つのサンプル系列を生成する。クロストーク除去回路は３つのサンプル系列に適応信号処理（例えばＬＭＳ適応アルゴリズム）を施して、隣接トラックからのクロストーク成分のないメイントラックと関連するクロストーク除去サンプル系列を生成する。

この適応処理は適応フィルタ処理を含み、フィルタ係数をクロストーク除去サンプル系列に存在する誤差値が零に収斂するように更新する。

この収斂はリファレンスサンプル抽出回路を用いて達成される。クロストーク除去サンプル系列中の３つの連続するサンプル値が負から正あるいは正から負に遷移するとき、リファレンスサンプル抽出回路は３つの連続するサンプル値の中心サンプル値を抽出する。抽出されたサンプル値は減算器に供給され、この減算器が抽出サンプル値とリファレンス値との差を計算する。この差を零に収斂すべき誤差（ｅ）として用いてフィルタ係数を更新する。

この方法では、中心サンプル値を理想的なゼロクロス時のサンプル値であるものと仮定している。この仮定は、サンプルがビット同期サンプルである場合にのみ可能である。

ＵＳ特許第６，１３４，２１１号では、アナログ−ディジタル変換器とクロストーク除去回路をタイムリカバリ回路で駆動されるクロックで動作させることによってこれを達成している。その結果として、このクロストークキャンセル方法はタイムリカバリ回路が周波数ロックと位相ロックの両方を得たときにのみ使用可能となる。

ＵＳ特許第６，１３４，２１１号では、サンプル系列が非同期状態のままであるとき（即ち、タイムリカバリ回路がロックされないとき）、これらのサンプル系列を固定の予め決められた係数でフィルタ処理している。これはフィルタ係数の発散を回避するが、ランプアップ問題を生ずる。即ち、強いクロストークのためにタイムリカバリ回路が収束できない場合、このクロストークキャンセル方法は不十分のままとなり、システムはスタックしてしまう。

従来のシステムの別の問題は非同期受信機アーキテクチャとコンパチブルであると言えない点にある。

このような非同期アーキテクチャでは、アナログ−ディジタル変換器とフィルタが固定クロックで動作する。固定クロックの領域からビット同期の領域への移行はタイムリカバリ回路により制御されるサンプルレート変換器によってクロストークキャンセル回路の出力側で行われる。上述した誤差（ｅ）を導出するために必要なビット同期サンプルを生成するために、タイムリカバリ回路にロックされた追加のサンプルレートコントローラが隣接トラックごとに必要とされる。

更に、（フィルタが動作する）固定クロックと（フィルタ係数が更新される）タイムリカバリ回路で駆動されるクロックが互いに大きく相違する場合には、タイムリカバリ回路で駆動されるクロック領域から固定クロックの領域へフィルタ係数を補間するために逆サンプルレート変換器も必要とされる。
これはアーキテクチャの複雑化をまねく。

本発明の目的の一つは上述した問題を解決するクロストークキャンセルのソリュージョンを提供することにある。

この目的は、請求項１に記載されたクロストークキャンセル方法、請求項２に記載されたプログラム、請求項３−５に記載されたクロストークキャンセル手段を具えた信号プロセッサ、および請求項６−８に記載された記憶媒体上のトラックに沿って記憶された信号を読み取る装置によって達成される。

本発明によるクロストークキャンセル手段は、目標トラックと関連するメイン信号とサイドトラックと関連するサテライト信号を受信する。前記メイン信号は遷移点を示すとともに２つの遷移点間に種々の長さのランを示す。前記クロストークキャンセル手段は、
前記サテライト信号を適応フィルタでフィルタリングして前記サテライト信号のフィルタ処理されたものを生成するフィルタ手段と、
前記メイン信号の２つの遷移点間の実際のランレングスと期待ランレングスとの不一致が最小になるように前記適応フィルタの係数を更新する更新手段と、
前記メイン信号から前記サテライト信号のフィルタ処理されたものを減算することにより改善されたメイン信号を得る処理手段とを具える。

本発明によれば、フィルタ係数を更新する際に最小にすべき誤差はメイン信号の２つの遷移点間の実際のランレングスと期待ランレングスとの不一致である。従来の最小化方法と異なり、本発明の最小化方法は理想遷移時間の概念を使用しない。従って、ビット同期サンプルの使用を必要としない。本発明提案の最小化方法は周波数ロックを必要とするが、位相ロックは必要としない。

本発明提案の最小化方法の第１の利点は上述したランプアップ問題を解決できる点にある。

本発明提案の最小化方法の第２の利点は非同期アーキテクチャで実現でき、ハードウエアを複雑にすることがない点にある。

また、本発明のクロストークキャンセル手段は、タイムリカバリ回路で駆動されるビットクロックを有する非同期受信機に使用するとき、このビットクロックに対して非同期の固定クロックで動作する点で有利である。

このような場合に、ビットクロック周波数が固定クロック周波数と相違する場合には、追加のタイムリカバリ手段を設けてビットクロック周波数と固定クロック周波数との比を導出し、この比が前記係数を更新する前記更新手段で使用されるようにする。

本発明のこれらの特徴および他の特徴は図面を参照して以下に記載する実施例の説明から明らかになる。

本発明は、各トラックがスパイラル線の３６０°ターンを形成する記憶媒体に適用する。符号化されたデータをトラックに沿って記録する。光記録装置に使用される符号化方法はランレングスリミテッド符号化方法（ＲＬＬ）である。トラックに沿って記録されるデータがＲＬＬ符号化方法で符号化されると、トラックは同一の値のランに対応するマークを示し、マークのエッジが２つのランの遷移点に対応する。マークのサイズはランの長さに対応する。そのサイズは基準単位サイズマークの整数倍である。

図１および図２はこのようなディスクを読み取る装置の第１および第２の実施例のブロック構成図である。図１に示す装置には参照番号６-１が付されている。図２の装置には参照番号６-２が付されている。図１および図２によれば、装置６-１および６-２は光学装置８を具え、該光学装置は３つの読取素子：メイントラックと関連するメイン信号を読み取るメイン読取素子１２と、メイントラックに隣接する２つのトラックと関連する２つのサテライト信号を読み取る２つのサテライト読取素子１１および１３：を有する。以下の説明では、これらのサテライト信号の一方を上側サテライト信号、他方を下側サテライト信号という。３つの読取素子は３つの光スポット２１，２２，２３を送出する。

図３および図４は読み取るべき３つのトラック３１，３２，３３に対する３つの光スポット２１，２２，２３の位置を示す。メイン光スポット２２はメイントラック３２の上に集中される。サテライト光スポット２１および２３は図３に示すようにサテライトトラック３１および３２の上に集中されても、図４に示すようにメイントラック３２と隣接トラック３１および３３との間に集中させてもよい。図３および図４のサテライト光スポット２１および２３で読み取られるサテライト信号は、光スポット２１および２３が隣接トラックの少なくとも一部分とオーバラップするため、隣接トラックと“関連する”信号という。

図４の実施例は書換え可能光ディスク装置に有利である。その理由は、このようなシステムのすべてにおいて現在利用できる３スポットプッシュプルラジアルトラッキング手段を再利用できるためである（読取素子１１，１２，１３および光スポット２１，２２，２３で読み取られた信号はトラッキングにも、クロストークキャンセルにも使用することができる）。

図１および図２に戻り説明すると、３つの読取素子１１，１２，１３で読み取られた３つの信号はクロストークキャンセル手段４２とデコーディング手段４４を具える信号プロセッサ４０に入力される。デコーディング手段４４により発生された信号は出力信号（例えばオーディオまたはビデオ信号）を発生する再生回路４６に入力される。

図５はクロストークキャンセル手段４２の機能ブロック図である。クロストークキャンセル手段４２はメイン信号、上側サテライト信号および下側サテライト信号をサンプリングするための３つのアナログ−ディジタル変換器５１，５２および５３を具える。３つのアナログ−ディジタル変換器５１，５２および５３は固定クロック５５で動作し、メインサンプル系列６２、下側サテライトサンプル系列６１および上側サテライトサンプル系列６３を発生する。下側および上側サテライトサンプル系列６１および６３は下側適応フィルタ７１および上側適応フィルタ７３でそれぞれ処理され、フィルタ処理された下側サテライトサンプル系列８１およびフィルタ処理された上側サテライトサンプル系列８３を発生する。メインサンプル系列６２はオプションのイコライザ９０で処理し、等化されたメインサンプル系列９２を発生する。次に減算器９３がフィルタ処理された下側サテライトサンプル系列８１とフィルタ処理された上側サテライトサンプル系列８３を等化されたメインサンプル系列９２から減算して改善されたメインサンプル系列１０２を発生する。

あるいはまた、イコライザ９０を省略する場合には、フィルタ処理された下側サテライトサンプル系列８１とフィルタ処理された上側サテライトサンプル系列８３をメインサンプル系列９２から減算することにより改善されたメインサンプル系列１０２を発生する。

改善されたメインサンプル系列１０２はタイムリカバリ回路１３０（例えばフェーズロックループ（ＰＬＬ）回路）で駆動されるサンプルレート変換器１２０に入力する。サンプルレート変換器１２０の出力はデコーディング手段４４に入力する。

改善されたメインサンプル系列６２と下側および上側サテライトサンプル系列６１および６３は下側および上側係数更新手段１１１および１１３で処理される。下側および上側係数更新手段１１１および１１３はそれぞれ下側フィルタ７１および上側フィルタ７３で使用される係数を更新する。

クロストークキャンセル手段４２の動作は下記の数式で形式化することができる。

ここで、
Ｓ_m ⁺は上側サテライト信号のサンプルｍ；
Ｓ_ｍ ⁻は下側サテライト信号のサンプルｍ；
Ｃｍはメイン信号のサンプルｍ；
Ｆ_ｋ ^＋は上側フィルタの係数およびｆ_ｋ ⁻は下側フィルタの係数；
Ｃ~_ｍは減算器９３の出力に得られる改善されたメインサンプルｍ；

フィルタ係数を更新するのに使用するアルゴリズムはＬＭＳアルゴリズム（Least Mean Square）が有利である。本発明では、アルゴリズムのドライビングターム（最小化すべき項）はメイン信号の２つの遷移点間の実際のランレングスと期待ランレングスとの不一致とする。
即ち、

本発明のクロストーク最小化方法を図６を参照して以下に説明する。この説明から明らかとなるように、提案の方法が正しく動作するためには、ＰＬＬ駆動のビットクロックとアナログ−ディジタル変換器５１，５２，５３を動作させる固定クロックとの比αが使用可能でなければならない。図５では、２つの矢印１４１および１４３は周波数比αが第１および第２係数更新手段１１１および１１３に供給されることを示している。矢印１４１および１４３は周波数比αが１に等しいときは省略できるため破線で示されている。

比αはクロストークキャンセル手段４２の外部にあって特にビット周波数の高速近似リカバリ用に設計されたタイムリカバリ回路により供給するのが有利である。このような外部タイムリカバリ回路は殆どの読取装置に予め存在している。

例えば、あるシステム（殆どの書込み可能／書換え可能システム）では、比αを推定するためにウオブルクロックを通常の如く使用することができる。図１はこのようなシステムに有利に使用される一つの実施例を示し、図１では、外部タイムリカバリ回路は参照番号５０-１が付され、メイン読取素子１２とクロストークキャンセル手段４２との間の通路内に接続されている。他のシステム（殆どのＲＯＭシステム）では、同じ目的のために平均ランレングス測定を使用することができる。図２はこのようなシステムに有利に使用される一つの実施例を示し、図２では、外部タイムリカバリ回路は参照番号５０-２が付され、クロストークキャンセル手段４２とデコーディング手段４４との間の通路内に接続される。

図５は受信メイン信号の概略図である。２つの連続する遷移点Ｘ_ｍおよびＸ_ｍ＋１が示されている。図５において、
Ｃ~_(ｍ,Ｌ)は遷移点Ｘ_ｍの左側の改善されたメインサンプル；
Ｃ~_(ｍ,Ｒ)は遷移点Ｘ_ｍの右側の改善されたメインサンプル；
Ｃ~_{(ｍ＋１,Ｌ)}は遷移点Ｘ_ｍ＋１の左側の改善されたメインサンプル；
Ｃ~_{(ｍ＋１,Ｒ)}は遷移点Ｘ_ｍ＋１の右側の改善されたメインサンプル；
Ｃ~_{(ｍ,Ｌ)−１}はサンプルＣ~_(ｍ,Ｌ)の前の改善されたメインサンプル；
Ｃ~_{(ｍ,Ｒ)＋１}はサンプルＣ~_(ｍ,Ｒ)の次の改善されたメインサンプル；
Ｃ~_{(ｍ＋１,Ｌ)−１}はサンプルＣ~_{(ｍ＋１,Ｌ)}の前の改善されたメインサンプル；
Ｃ~_{(ｍ＋１,Ｒ)＋１}はサンプルＣ~_{(ｍ＋１,Ｒ)}の次の改善されたメインサンプル；
φ_ｍは遷移点Ｘ_ｍの理想時間と遷移点Ｘ_ｍの実時間との時間間隔（図５ではφ_ｍ＜０）；
φ_ｍ＋１は遷移点Ｘ_ｍ＋１の理想時間と遷移点Ｘ_ｍ＋１の実時間との時間間隔（図５ではφ_ｍ＋１＜０）；
ｄ_{ｍ＋１,ｍ}は２つの遷移点Ｘ_ｍとＸ_ｍ＋１との間の実ランレングス；
である。

以下において、一般性を損なうことなく簡単化するために、
・ ２つのサンプル間の時間間隔は１に等しい；
・ 遷移モーメントｍ＝１は立上り遷移に対応する；
・ 時間間隔φ_ｍは時間間隔[-1/2,+1/2]からの値を取る；
ものと仮定する。

本発明の係数更新方法の第１の実施例について説明する。この第１の実施例は固定システムクロックがＰＬＬビットクロックに（ほぼ）等しいとき（即ち比αが１に近似するとき）に適用することができるが、２つのクロック間は位相ロックされない。

最小化すべきＬＭＳドライビングパラメータＺ_ｍは実ランレングスｄ_m+1,mと期待ランレングスｄ_m+1,m ^(exp)との差に等しく選択する。シンボル間干渉やクロック周波数変動がないときクロック間隔の整数倍がＲＬＬ符号化信号の遷移点間に理想的に一致する必要があることを考慮すると、ｄ_m+1,m ^(exp)はｄ_m+1,m ^(exp)＝round（ｄ_m+1,m）として近似することができる。ここでround（ｘ）は実数ｘに最も近い整数と定義する。

従って、
Ｚ_ｍ＝ζ（ｄ_m+1,m）
ここで、ζ（ｘ）＝ｘ−round（ｘ） （方程式３）
であり、
[(m+1,L)−(m,L)]をサンプルＣ~_(ｍ,Ｌ)と サンプルＣ~_{(ｍ＋１,Ｌ)}との間の整数のサンプリング間隔を示すものとすると、
ｄ_m+1,m＝[(m+1,L)−(m,L)]+φ_m+1−φ_ｍ
である。

以下においては、クロストークは極端に大きくないものと仮定し、フィルタ係数の小さな変化に対して｜ζ（ｄ_m+1,m）｜＜1/２であるものとする。

この仮定によれば、Ｚ_ｍは次のように近似することができる。
Ｚ_ｍ ＝ζ（ｄ_m+1,m）≒φ_m+1−φ_ｍ＋Ｅ
ここで、Ｅはフィルタ係数と独立の整数

時間間隔φｍは改善されたメインサンプルの関数として近似的に計算することができる。

線形近似の一般形は：

である。

簡単な２項線形近似を使用でき、この近似は次式で与えられる。

この簡単な２項線形近似と上記の方程式３に基づいて、

方程式２の項

は次のように計算することができる。

結局、フィルタ係数を更新する式は：

となる。

次に、固定システムクロック（フィルタが動作する）がＰＬＬ駆動ビットクロックに等しくないとき（即ち比α≠１のとき）に使用することができる本発明の更新方法の第２の実施例について説明する。

この第２の実施例でも、最小化すべきＬＭＳドライビングパラメータＺ_ｍは実際のランレングスｄ_m+1,mと期待ランレングスｄ_m+1,m ^(exp)との差に等しく選択するが、ｄ_m+1,m，φ_ｍおよびφ_m+1を計算するのに使用する数式は周波数比αを考慮するように変更する必要がある。

即ち、ランレングスをビット間隔で測定するために、２つの遷移点間のサンプルの数をα倍する必要がある。その結果、
ｄ_{ｍ＋１,ｍ}＝α[(m+1,L)−(m,L)]+φ_ｍ＋１−φ_ｍ
となる。

遷移位相φ_ｍもα倍する必要がある。その結果、φ_ｍの線形近似の一般形は：

となり、この線形近似の簡単な２項表現は：

になる。

結局、フィルタ係数を更新する式は：

になる。

方程式５および６から、本発明の最小化方法は理想遷移時間の概念を使用しないこと明らかである。

上述したクロストークキャンセル方法、信号プロセッサおよび読取装置に対して、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更や改良を提案することができる。本発明は上述した実施例に限定されるものでない。特に、
・上述した第１および第２の実施例は時間間隔φ_ｍおよびφ_ｍ＋１の計算を２項線形近似に基づいて行っているが、これに限定されない。他の近似を使用してもよい。例えば、３項以上を用いる線形近似を使用してもよい。これらの他の近似に対するＬＭＳ更新手法は２項線形近似の場合と同様のやり方で導出することができる。

・上述した実施例で使用する最小化アルゴリズムはＬＭＳアルゴリズムであるが、これに限定されない。他の最小化アルゴリズムを用いてＺ_ｍを最小化してもよい。ＬＭＳアルゴリズムについて上述したものと同一の原理を用いて対応する係数更新方程式を容易に導出することができる。

・図５につき記載したクロストークキャンセル手段では、メイン信号を等化しているが、代替実施例ではメイン信号を下側および上側サテライト信号と同様に適応フィルタで処理してもよい。

上述した機能はハードウエアでもソフトウエアでも実現することができる。図１、図２および図５は本発明装置および信号プロセッサの機能構成図である。そのハードウエア実現構成はこの機能ブロック構成図とは相違し得る。

本発明による記憶媒体読取装置の第１の実施例の機能ブロック図である。 本発明による記憶媒体読取装置の第２の実施例の機能ブロック図である。 ３スポット式クロストークキャンセル方法で使用されるトラック対光スポットの第１の構成配置の概略図である。 ３スポット式クロストークキャンセル方法で使用されるトラック対光スポットの第２の構成配置の概略図である。 本発明のクロストークキャンセル手段の機能ブロック図である。 ２つの遷移点と該遷移点間のランを示す図である。

Claims (8)

1. 目標トラックと関連するメイン信号とサイドトラックと関連するサテライト信号とを用いるクロストークキャンセル方法であって、前記メイン信号は遷移点を示すとともに２つの遷移点間に種々の長さのランを示し、該クロストークキャンセル方法は、
   前記サテライト信号を適応フィルタでフィルタリングしてフィルタ処理されたサテライト信号を生成するフィルタステップと、
   前記メイン信号の２つの遷移点間の実際のランレングスと期待ランレングスとの不一致を最小にすることで前記適応フィルタの係数を更新する更新ステップと、
   前記メイン信号から前記フィルタ処理されたサテライト信号を減算処理することにより改善されたメイン信号を生成する処理ステップとを具えることを特徴とするクロストークキャンセル方法。
2. 請求項１記載のクロストークキャンセル方法を実行する命令を含むコンピュータプログラム。
3. クロストークキャンセル手段を具えた信号プロセッサであって、
   前記クロストークキャンセル手段は目標トラックと関連するメイン信号とサイドトラックと関連するサテライト信号とを受信し、前記メイン信号は遷移点を示すとともに２つの遷移点間に種々の長さのランを示し、
   前記クロストークキャンセル手段は、
   前記サテライト信号を適応フィルタでフィルタリングしてフィルタ処理されたサテライト信号を生成するフィルタ手段と、
   前記メイン信号の２つの遷移点間の実際のランレングスと期待ランレングスとの不一致を最小にすることで前記適応フィルタの係数を更新する更新手段と、
   前記メイン信号から前記フィルタ処理されたサテライト信号を減算することにより改善されたメイン信号を生成する処理手段とを具えたことを特徴とする信号プロセッサ。
4. 前記信号プロセッサは、固定クロック、タイムリカバリ手段、および前記タイムリカバリ手段で駆動されるビットクロックとを具え、前記固定クロックは前記ビットクロックと非同期であり、前記クロストークキャンセル手段は前記固定クロックで動作することを特徴とする請求項３記載の信号プロセッサ。
5. 前記信号プロセッサにおいて、前記ビットクロックはビットクロック周波数を有し、前記固定クロックは前記ビットクロック周波数と大きく相違する固定クロック周波数を有し、前記ビットクロック周波数と前記固定クロック周波数との比が１から大きく相違し、前記信号プロセッサは、更に、前記比を推定し、前記比を前記更新手段に供給するタイムリカバリ手段を具え、前記更新手段は前記比を考慮して前記係数を更新するように設計されていることを特徴とする請求項４記載の信号プロセッサ。
6. 請求項３記載の信号プロセッサを具えた記憶媒体のトラックに沿って記憶された信号を読み取る装置。
7. 請求項４記載の信号プロセッサを具えた記憶媒体のトラックに沿って記憶された信号を読み取る装置。
8. 請求項５記載の信号プロセッサを具えた記憶媒体のトラックに沿って記憶された信号を読み取る装置。
   
   

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