JP2007522598A - 高容量光ディスクシステムのための閾値交差タイミング回復 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に高容量光ディスク（即ち約２７ＧＢ以上の容量を有する光ディスク）を読み出すための光システムにおいてタイミングエラー情報を提供する方法に関する。これらの容量では、電流閾値交差タイミング回復は、うまく働かず、厳しい符号間干渉のため実行不可能になりさえする。本方法は、タイミングエラー情報を得るためにデータ信号のアイダイアグラムのアッパー及び／又はロワーセカンダリーアイを用いることを提案する。これによって、閾値交差タイミング回復は、セントラルアイが符号間干渉のせいで完全に又はほとんど閉じている高容量光システムにとって可能になる。

Description

本発明は、光ディスクからデータサンプルを読み出すように構成される光システムにおいて閾値交差タイミング回復を提供する方法であって、前記光システムによって前記光ディスクからサンプリング時間にデータサンプルを読み出すステップと、タイミング回復手段に前記読み出されたデータ信号サンプルを供給するステップと、前記タイミング回復手段によってタイミングエラー情報を決定するステップと、前記タイミングエラー情報に基づいて前記サンプリング時間を同期タイミング瞬間に向けて調整するステップとを有する方法に関する。

光ディスクは、情報をデジタル形式で保持し、光システムにおいてレーザーによって書込み及び読出しされる電子データ記憶媒体である。これらのディスクは、全ての種類のＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）及びＢＤ（ブルーレイディスク）バリエーションを含む。データは、いわゆるピット及びランドに（ＲＯＭディスク）、また、マーク及びスペースに（再書込み可能なディスク）、記憶され、これらは、光システムにおいてレーザーによって読み出され、データは電気信号に変換される。

光システムにおいて、光ディスクを読み出す際に閾値交差タイミング回復を用いることはよく知られており、このため、光ディスクから読み出されたデータ信号のサンプリング時間は、実際の閾値交差をサンプリングクロック信号の閾値交差と比較することによって調整される。この閾値交差タイミング回復は、入来するデータ自体からタイミング情報を取得し、ビット決定からの助けを必要としないので、決定エラーによって妨害されることはない。閾値交差タイミング回復の特別な場合は、ゼロ交差タイミング回復であり、ここで、閾値はゼロにセットされる。これは、ディスクに記録されたバイナリビット列のＤＣフリーの特徴のため、光ディスクにとって適当である。ゼロ交差タイミング回復は、現在の光ディスク（即ち約２７ＧＢ以下の容量を持つ光ディスク）において通常採用されている回復方式であり、現在の光ディスクでは、ディスク上のデータは、典型的には、ランレングス制限（ＲＬＬ）コーディングによって符号化されている。

光システムにおけるタイミング回復においては、タイミングエラー情報（ψ_ｋ）が決定される。データ信号サンプルが同期してサンプリングされるので、例えばレイズドコサイン（raised-cosine）特性を有するノイズフリーチャネルの場合には、このタイミングエラー情報（ψ_ｋ）はゼロである。しかし、光システムは、ノイズを受け、チャネルのような部分的応答を持ち得る。このことは、ビット同期サンプリングでは、タイミングエラー情報（ψ_ｋ）の平均値のみがゼロである一方で瞬間的にはジッタが多い（jittery）という結果を生じる。ディスク上のデータがＲＬＬコーディングで記録される場合、ゼロ交差タイミング回復は、２７ＧＢ以下のディスク容量においては、データに起因するジッタ（data-induced jitter）から非常に弱く影響を受ける。しかし、２７ＧＢを上回る容量を持つ光ディスクでは、より小さいチャネルビット長が原因で、データに起因するジッタは一層厳しい問題となる。

光ディスクの記憶密度を増加させることは、非常に重要で注目される関心事である。現在、光チャネルの特性を考えると、高度な信号処理、異なった変調方式（例えばマルチレベル技術）又は異なった物理的な原理（例えば超解像技術）を用いることによって、より高い記憶密度に到達しようとしていることが知られている。しかし、ディスク容量が、チャネルビット長を狭めることによって増加するにつれて（例えば２９ＧＢ以上）、遷移（即ち閾値交差（例えばゼロ交差））の周りのデータサンプルは、シンボル間干渉（ＩＳＩ）を避けることができない。データに起因するジッタは、３１ＧＢのディスク容量では、強いＩＳＩのため、従来型の閾値交差タイミング回復が実行不可能になるほどに厳しくなる。

本発明の目的は、特に高容量光ディスク（即ち約２７ＧＢ以上の容量を有する光ディスク）においてデータに起因するジッタの影響が軽減される、光システムの閾値交差タイミング回復を提供する方法を提供することである。

この目的は、冒頭段落の方法が、データ信号サンプルのアイパターンが、タイミングエラー情報を決定するステップにおいて用いられ、タイミング回復手段が、アイパターンのセカンダリーアイ（secondary eye）の位置でタイミングエラー情報を抽出するように構成されることにより特徴付けられるときに達成される。これによって、タイミングエラー情報は、アイダイアグラムのセントラルアイ（central eye）が実質的に閉じているにもかかわらず、即ち、ゼロクロッシングの周りのデータ信号サンプルが極めてジッタが多いにもかかわらず、データ信号サンプルから抽出されることができる。閾値交差タイミング回復は、データ支援の必要がないという利点を持ち、従って、ビット決定エラーによって妨げられない。本発明の方法によって、特に、高いディスク容量及び極めて高いディスク容量で、データに起因するジッタの影響が克服される一方で、タイミング回復は、閾値交差タイミング回復の利点から利益を得る。

用語「アイパターン」は、「アイダイアグラム」と同義である。即ち、この種のアイパターンは、データクロックに同期するオシロスコープにデータ信号がプロットされるときに現れる。これは、信号が、オシロスコープのスクリーン上で重ね合わせられる１つ又は複数のシンボル区間のトレースにカットされるという結果を生じる。

信号のアイパターンは、１つ又は複数の「アイ」（重ね合わせられた信号波形によって囲まれる領域）を含むことができ、ここで、「アイ」の形状及び大きさが、種々の外乱／ノイズに対するシステムのマージンの表示を提供する。このように、最小の信号歪は、ほぼ理想的なオープンアイを有するアイパターンに対応し、符号間干渉及びノイズによる信号波形の歪みは、アイパターンのアイを閉じようとする。理想的なサンプリング瞬間は、アイがゼロと交差する瞬間から導出されることができる。セントラルアイは、オシロスコープディスプレイにおいて０／閾値（垂直方向における）の周りに位置するアイパターンのアイである。用語「セカンダリーアイ」は、オシロスコープディスプレイの０／閾値に対して垂直に位置がずれたアイをカバーすることを意図される。

アイパターン中のセカンダリーアイの位置におけるタイミングエラー情報の抽出が、適当な場合における、他の手法によるタイミングエラー情報の同時又は代替の抽出を排除しないことに注意されたい。

ＲＬＬコーディングの使用が、データに起因するジッタをある程度は軽減するという点で、本発明による方法は、好適には、バイナリ変調及び好適にはランレングス制限（ＲＬＬ）コーディングで符合化されるデータ信号サンプルを読み出す際のタイミング回復に適切である。しかし、光ディスクのディスク容量が例えば３０ＧＢより上に増加すると、ＲＬＬコーディングさえ、アイパターンが閉じるという点で、従来のタイミング回復の実現可能性を確実にするのに十分でない。ＲＬＬコーディング及び本発明の方法の使用によって、３０ＧＢを越えたディスク容量を有する光ディスクは、許容可能な信号対ノイズ比で読み出されることができる。

好適には、本発明による方法において用いられるタイミング回復手段は、閾値交差タイミング回復を用い、好適には、閾値交差タイミング回復は、ゼロ交差タイミング回復である。閾値交差タイミング回復は、光ディスクシステムで最も一般的に用いられるタイミング回復方式である。これは、データ信号が或る振幅閾値を交差する時間に応答してサンプリング時間を調整する。この方式は、入来するデータ自体からタイミング情報を取得し、ビット決定からは補助を必要としない。従って、これは、決定エラーによっては妨げられない。ＤＣフリーなバイナリビット列を含む光ディスクでは、ゼロ交差タイミング回復が、閾値交差タイミング回復として用いられることができる。これにより、タイミングエラー情報が簡単に導出されることができる。

本発明による方法の好適な実施例において、瞬間ｍＴと（ｍ＋１）Ｔとの間の閾値交差の周りのタイミングエラー情報（ψ_ｍ）は、

として計算される。ここで、Ｔはデータサンプル周期であり、ｙ_ｍ及びｙ_ｍ＋１はそれぞれｍＴ及び（ｍ＋１）Ｔにおけるデータ信号サンプルであり、αは区間０≦α＜１にある位相シフト定数であり、ｘは閾値の変位である。本発明による方法の代替の好適な実施例では、瞬間ｍＴと（ｍ＋１）Ｔとの間の閾値交差の周りのタイミングエラー情報（ψ_ｍ）は、

として計算される。ここで、Ｔはデータサンプル周期であり、ｙ_ｍ及びｙ_ｍ＋１はそれぞれ瞬間ｍＴ及び（ｍ＋１）Ｔにおけるデータ信号サンプルであり、βは区間０≦β＜１にある位相シフト定数であり、ｘ’は閾値の変位である。

式（１）及び（２）は、タイミングエラー情報の従来型の取得が全く又はほとんど可能でない場合のタイミングエラー情報（ψ_ｍ）を計算するための２つの手法を提供する。従って、ψｍの取得は、閾値レベルをｘ上にずらすこと（式（１））又は閾値レベルをｘ’下にずらすこと（式（２））（ｘ’が典型的には負であることから）を含む。

本発明は、好適な実施例に関連して図面を参照して以下でより詳細に説明される。

図１は、データ補助されない（non-data aided）タイミング回復の概略図である。図１は、サンプルレートコンバータＳＲＣ １０、タイミングエラー検出器（ＴＥＤ）の形式のタイミングエラー検出手段２０、ループフィルタＬＦ ３０及び数値的に制御される発振器（ＮＣＯ）４０を有するタイミング回復手段１００を示す。数値的に制御される発振器４０は、タイミングエラー検出器２０によって検出されるタイミングエラー情報ψ_ｋに基づいて更新されるサンプリングクロックｔ_ｋをサンプルレートコンバータ１０に出力する。タイミング回復手段１００は、タイミング回復手段１００の上流の非同期ドメインから同期されていないデータサンプルｙ_ｓを供給され、タイミング回復手段１００の下流の同期ドメインの同期されたデータサンプルｙ_ｋに対してビット決定がなされる。

図２は、閾値交差タイミング回復のタイミング誤り検出を示す。水平の線は閾値を示し、曲線は光ディスクからの信号である。光ディスクに記録されるデータ信号サンプルの閾値交差タイミング回復において、タイミングエラー情報ψ_ｋは、図２に示すように一次近似で導かれることができる。ψ_ｋは、以下のように表されることができる：

例えばレイズドコサイン特性を有する、ノイズフリーチャネルの場合、データ信号が同期してサンプリングされるのに従ってψ_ｋは、ゼロに近づく。しかし、光チャネルは、種々の種類のノイズを受け、通常は部分応答型のノイズを受ける。このことは、ビット同期サンプリングでは、ψ_ｋの平均値のみがゼロである一方で、ノイズに起因するジッタ及びデータに起因する（又はパターン依存）ジッタのため、瞬間的にジッタが多いままであるという結果を生じる。これは、それぞれ、図３−ａ及び３−ｂに示され、これらはそれぞれ、容量２５ＧＢ及び３２ＧＢのブルーレイディスクのアイパターンを示す。図３ａ及び３ｂの例は、それぞれ、２５ＧＢ及び３２ＧＢのブルーレイディスクについてのＢｒａａｔ−Ｈｏｐｋｉｎｓモデルによって計算される。

図３−ａ及び３−ｂにおいて、ゼロ交差が拡散している（diffuse）という点で、データ信号のアイパターンはジッタが多いことが分かる。このように、ビット同期サンプリングについてさえ、タイミングエラーψ_ｋは、変動する。図３−ｂにおいて、アイパターンは、セントラルアイで閉じている。このように、ψ_ｋは、３２ＧＢのディスク容量ではアイパターンのセントラルアイによって決定されることができず、従来の閾値タイミング回復は可能でない。

図４は、本発明によるアイパターンの閾値変化を示す。アイパターンは、図３−ｂに示されるアイパターンと等しい、即ち、図４は、３２ＧＢのブルーレイディスクのアイパターンである。セントラルアイが閉じているにもかかわらず、アッパー及びロワーアイ（upper and lower eye）が実質的に開いたままである、ということが分かる。従って、アッパー及び／又はロワーセカンダリーアイを使用してタイミングエラーψ_ｋを取得することが可能である。これは、値ゼロにあった閾値レベルをｘまで上げるか又はｘ’まで下げることによって実現されることができる。これらは、それぞれ、アッパー及びロワーセカンダリーアイの水平軸に位置する。チャネルが線形の場合、ｘ’＝−ｘと仮定することができる。従って、方程式（３）は、２つの方程式に変えられる：

Ｔは、データサンプル周期であり、ｙ_ｍ及びｙ_ｍ＋１は、それぞれ、瞬間ｍＴ及び（ｍ＋１）Ｔにおけるデータ信号サンプルであり、α及びβは、両方とも区間［０；１］にある位相シフト定数であり、ｘ及びｘ’は、閾値のずれであり、α及びβは、信号波形が同期サンプリングでレベルｘ又はｘ’と交差する位相を示す。ｙ_ｍ及びｙ_ｍ＋１が新しい閾値交差の周りのサンプルであることに注意されたい。図４では、矢印Ａは、同じ周期及び１Ｔの位相差を持つ２つのシングルトーン信号波形の交差点を示し、これは、閾値シフトｘ及び位相αを決定する。図４から、シフトされた閾値交差のジッタが、ゼロ交差と比較して大幅に低下されているが依然として存在していることが分かる。このように、α及びβは、閾値交差が現れるときの平均位相を示す。α及びβの決定の実施例が以下で説明されるが、典型値はα＝β＝０．５Ｔである。

例：
ＲＬＬコーディングで符号化された３２ＧＢブルーレイディスク上のデータ信号（ｄ＝１）（即ちコーディングでの最小ランレングスはｄ＋１）が読み出され、タイミング情報が、本発明の方法の使用によって決定される。チャネルは線形であり、等価の後のチャネルシンボル応答がＦＩＲフィルタｇ_ｋ（ｋ＝０、±１、…、±Ｎ）として表されることができ、Ｎはフィルタの片面拡張を示す、と仮定される。理想的には、フィルタは対称形状を持つ。

ＲＬＬ（ｄ＝１）コーディングでは、閾値レベルｘ及びｘ’（ｘ≧０、ｘ’＝−ｘ）が満たさなければならない必要条件は、以下のとおりである。
ケース１：

ケース２：

ここで、関係する最短ランレングスが偶数のときは０≦ｎ＜Ｎ−１及びケース１が用いられるべきである一方で、関係する最短ランレングスが奇数のときはケース２が用いられるべきである。「ｎ」の値で式（４）又は（５）を真にすることができるものがない場合は、アイダイアグラムにおいてｘ又はｘ’＝−ｘの周りでオープンアイが存在しないと結論付けられる。従って、式（４）及び（５）が、セカンダリーオープンアイに対応するｘの値を（もしあれば）発見するために、ｘの連続的な値について計算されることができる。

更に、シフトされた閾値レベルｘは、同じ周期（例えば同じランレングス）及び位相シフト１Ｔの２つの正弦波形が閾値レベルｘで互いに交差する、という条件を満たさなければならない。図４において、この種の波形交差は、矢印「Ａ」によって示される。

上記の２つの条件は、セカンダリーオープンアイがシフトされた閾値レベルで存在する場合に満たされなければならない。即ち、式（４）及び（５）のうちの１つは、閾値レベルｘについて真でなければならず、閾値レベルｘは、同じ周期及び位相シフト１Ｔを有する２つの正弦波形が互いに交差する（一次までの）値に等しくなければならない。

図４の例（３２ＧＢのブルーレイディスク）において、閾値レベルｘに交差することが可能であるランレングスは、少なくとも５である。５より短いランレングスは、閾値タイミング回復手段にとっては不可視である。このため、ノイズに最もさらされる、より短いランレングス（この例では５より短いランレングス）は、タイミングエラーｋの検出に貢献しない。ここで、データに誘起されたジッタは大幅に低減し、本発明による閾値タイミング回復は、高容量光ディスクに、従来型のタイミング回復が不適当である容量に、適している。

セカンダリーアイの初期位置がチャネル特性の知識に従って予め計算されていることができ、及び／又は実験データに基づいて決定されることができる。更に、閾値変化レベルは、システムが実行している最中に適応及び／又は調整されることができる。

式（１）及び（２）のα及びβの値は、矢印「Ａ」のポイントの位相によって決定される。図４に示される例では、位相シフトは、両方とも値０．５Ｔに等しい。図５は、異なったディスク容量のディスクについて、本発明に従ってセントラルアイ及びセカンダリーアイにおいて測定されたジッタ値を示す。２７ＧＢ以下のディスク容量については、ジッタは、セカンダリーアイに比較してセントラルアイにおいて少ないことが分かる。図５は、更に、セントラルアイにおけるジッタは、２５ＧＢのディスク容量における約５％から、３１ＧＢのディスク容量における２５％超まで増加することを示す。２７ＧＢを超える（少なくとも３５ＧＢまでの）容量については、ジッタは、セントラルアイと比較してセカンダリーアイにおいてより少ない。セントラルアイと比較してセカンダリーアイを用いる利点は、これらの容量についてのセントラルアイ及びセカンダリーアイにおけるジッタがそれぞれ約２０％及び１０％であるという点で、２９〜３３ＧＢのディスク容量において最も明らかである。このように、図５は、本発明による閾値交差タイミング回復を提供する方法を実証し、この方法では、タイミングエラーがアイパターンにおけるセカンダリーアイの位置において抽出され、高容量光ディスクについて従来の方法よりもジッタの影響を受けず、アイダイアグラムのセントラルアイがシンボル間干渉のためほとんど閉じている高容量光ディスクシステムについて閾値交差タイミング回復を可能にする。

データ補助されないタイミング回復の概略図である。 ゼロ交差タイミング回復のタイミング誤り検出を示す。 容量２５ＧＢのブルーレイディスクのアイパターンを示す。 容量３２ＧＢのブルーレイディスクのアイパターンを示す。 本発明によるアイパターンの閾値シフトを示す。 発明に従ってセントラルアイ及びセカンダリーアイにおいて測定されたジッタ値を示す。

Claims (8)

1. 光ディスクからデータ信号サンプルを読み出すように構成される光システムにおいて閾値交差タイミング回復を提供する方法であって、
   −前記光システムによって前記光ディスクからサンプリング時間にデータ信号サンプルを読み出すステップと、
   −タイミングエラー検出手段を有するタイミング回復手段に前記読み出されたデータ信号サンプルを供給するステップと、
   −前記タイミングエラー検出手段によってタイミングエラー情報を決定するステップと、
   −前記タイミングエラー情報に基づいて前記サンプリング時間を同期タイミング瞬間に向けて調整するステップと、
   を有する方法において、タイミングエラー情報を決定する前記ステップにおいて前記データ信号サンプルのアイパターンが用いられ、前記タイミングエラー検出手段は、前記アイパターン中のセカンダリーアイの位置でタイミングエラー情報を抽出するように構成される、ことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記タイミング回復手段は閾値交差タイミング回復を用いる、方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記閾値交差タイミング回復はゼロ交差タイミング回復である、方法。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、瞬間ｍＴと（ｍ＋１）Ｔとの間の閾値交差の周りの前記タイミングエラー情報は、
   

   

   として計算され、ここで、Ｔは、データサンプル周期であり、ｙ_ｍ及びｙ_ｍ＋１は、それぞれ、前記瞬間ｍＴ及び（ｍ＋１）Ｔにおけるデータ信号サンプルであり、αは、区間０≦α＜１に存在する位相シフト定数であり、ｘは、前記閾値の変位である、ことを特徴とする方法。
5. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、瞬間ｍＴと（ｍ＋１）Ｔとの間の閾値交差の周りの前記タイミングエラー情報は、
   

   

   として計算され、ここで、Ｔは、データサンプル周期であり、ｙ_ｍ及びｙ_ｍ＋１は、それぞれ、前記瞬間ｍＴ及び（ｍ＋１）Ｔにおけるデータ信号サンプルであり、βは、区間０≦β＜１に存在する位相シフト定数であり、ｘ’は、前記閾値の変位である、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法を実行するためのシステム。
7. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法の使用によって読み出されるべきビットパターンを光ディスクに書き込むための装置。
8. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法の使用によって読み出されるべきビットパターンが書き込まれたディスク。

Images