JP4602694B2 - 補間を用いた非同期サーボ・データの最尤検出 - Google Patents

補間を用いた非同期サーボ・データの最尤検出 Download PDF

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Description

本発明は、通信システムにおけるデータの検出、より詳細には、チャネルからのサーボの繰り返し振れ(RRO)情報の検出に関する。
読取チャネル集積回路(IC)は、多くのPCに見られるハード・ディスク・ドライブなどのモデム・ハード・ディスク・ドライブの一構成要素である。読取チャネル構成要素は、データを変換し符号化して、1つまたは複数の(たとえば磁気)記録ヘッドが、データをディスクに書き込み、次いでそのデータを正確に読み返すことを可能にする。ハード・ディスク・ドライブ内のディスクは、一般に、符号化されたデータを含む多くのトラックを有し、それぞれのトラックが、1つまたは複数のユーザ(または「読取」)データ・セクタと、読取セクタ間に埋め込まれた「サーボ」データ・セクタとを含む。サーボ・セクタの情報は、ディスク上のトラックの上で磁気記録ヘッドを位置決めする際に支援し、それにより読取セクタ内に格納された情報を正確に取り出すことができる。
繰り返し振れ(RRO)とは、ディスクがその上を回転するスピンドルが不完全なために発生する現象を指す。不完全なスピンドルにより、ハード・ドライブ内のディスクが、ディスクの中心で適切に回転できないことがある。ディスクが中心で回転していないと、ヘッドの下で回転するトラックが円軌道に従わず、したがって、ヘッドがサーボ情報を適切に読み取ることができない可能性がある。サーボ情報がディスクに書き込まれる時にスピンドルが不完全な場合にも、同様の現象が発生する。たとえディスクが、サーボ情報を読み取っている間に、異なるハード・ディスク・ドライブ内で適切に回転し得ても、円形のトラック上に情報が適切に書き込まれないために、ヘッドがサーボ情報を正確に読み取ることができない可能性がある。したがって、トラックの軌道に従うよう、ヘッドを適切に案内するメカニズムが求められている。サーボ情報内のRROデータ・フィールドが、この目的に役立つ。
図1A〜1Dは、スピンドルが不完全なために生じる(1つの「f」振れと呼ばれる)RROの一形式を示す図である。図1Aは、図1Bのディスク103上の破線の円102によって示された円軌道内を追跡するヘッドに対応する、誤差がゼロの場合の径方向位置対誤差を示す図である。図1Cに示されるように、1つの「f」振れについての誤差は径方向位置に応じて変化するが、所与の位置の誤差はディスクの1回転後にそれを繰り返す。図1Dに示されるように、1つの「f」振れは、ディスク103上の破線の経路104によって示された楕円経路を追跡するヘッドの結果として生じる。誤差は、回転毎にそれ自体を「繰り返す」ため、その問題を補償するために技法を考案することができる。「繰り返し」誤差についての位置決め情報をサーボ制御回路に送ることにより、誤差が補正されて、サーボ・トラック上で適切にヘッドを位置決めできることとなる。アナログ技術を用いる旧式のシステムとは異なり、最先端の磁気記録システムは、デジタル信号処理を用いてサーボ・データを検出する。
図2は、先行技術による従来の磁気記録システムを示す図である。サーボ・データが、ブロック符号器201によって符号化される。ブロック符号器201は、サーボ・データの異なるフィールドに関連付けられたいくつかの異なる符号器を表し得る。符号化されたサーボ情報は、サーボ・セクタ情報としてディスク(または他の記録媒体)に書き込まれる。
図3は、サーボ・セクタ情報300のフォーマットを示す図である。サーボ・セクタ情報300は、システムが、書き込まれたサーボ・データのタイミングおよびゲインを回復できるようにするプリアンブル301(たとえば2Tパターン)を有する。プリアンブル301の後には、符号化されたサーボ・アドレス・マーク(SAM)302が続き得、これは一般に、すべてのサーボ・セクタについて同一の識別アドレス(固定数のビット)である。次いで、SAM302の後には、符号化されたグレイ・データ303が続き得る。グレイ・データ303は、トラック番号/シリンダ情報を表し、磁気ヘッドのための粗い位置決め情報として用いられ得る。グレイ・データ303の後には、1つまたは複数のバースト復調フィールド304が続く。バースト復調フィールド304は、トラック上のヘッドのための精密な位置決め情報として用いられる。バースト復調フィールド304の後には、RROデータ・フィールド305が続く。RROデータ・フィールド305内の情報がヘッド位置決め情報を提供して、RROを補正し、その情報は、グレイ・データによって提供されるものより精密であり、バースト復調フィールドによって提供されるものより粗いものである。
RROデータ・フィールド305のフォーマットが、図4に示されている。RROデータ・フィールド305は、DCイレース401から開始し、これは、一般にすべてゼロまたはすべての1のパターンのいずれかである定義済みパターンである。DCイレース401の後にはRROアドレス・マーク(AM)402が続き、これは、すべてのサーボ・セクタについて同じビット・パターンである。RRO AM402は、いつRROデータの復号化が始動するかを示し、RROデータ403を復号化するための最良のサンプリング位相の選択を支援する。RRO AM402の後にはRROデータ403が続き、これにはヘッド位置決め情報が含まれる。RROデータ403の後にはパリティ・フィールド404が続き、これには誤差検出/補正のために用いられるパリティ・ビットが含まれる。パリティ・フィールド404の後にはトグル・ビット405が続き、これは磁化レベルを、どのような磁化レベルであれディスクがDCイレース401で使用していた磁化レベルに戻す。
サーボ・プリアンブル、SAM、グレイ・データ、バースト復調フィールドは、一般に、サーボ・トラック書出しプログラムによって書き込まれる。しかし、最後のバースト復調フィールドに続くRROデータ・フィールドは、一般に読取チャネル構成要素によって書き込まれる。サーボ・プリアンブル、SAM、グレイ・データ、復調フィールドを検出するために、デジタル位相ロック・ループ(DPLL)が、プリアンブルによって提供されたタイミング情報に基づいて適切なサンプリング位相を獲得する。しかし、RRO検出については、フォーマットの効率上の理由から、プリアンブルを書き込むことは望ましくない。したがって、検出器は、RRO情報を読み取るために適切なサンプリング位相(タイミング)を先験的に認識しない。したがって、RRO情報を読み取ることは、「非同期」データ検出プロセスである。またRROアドレス・マークの検出には、検出誤差が発生しがちである。なぜなら、RRO検出器は、適切なサンプリング位相なしで(すなわち、タイミング・ループを案内するためのプリアンブルがなく)DCイレース・フィールド内で検出を開始することがあるからである。フォーマットの効率上の理由から、RROアドレス・マークとして書き込まれるビット数が少ない場合には、検出誤差の数が増える。
図2に戻り、符号化されたサーボ情報が、磁気記録ヘッドによって読み返される。それと共に、記録ヘッドによってディスクに書き込み、ディスクに格納し、ディスクから読み取るプロセスは、磁気記録チャネル202としてモデリングされ得る。ディスクから読み取られたデータは、読返しデータと呼ばれる。読返しデータは、その後に離散時間、有限インパルス応答(FIR)フィルタ221が続く連続時間フィルタ(CTF)220を含む等化器203により、所望の目標部分応答に等化される。(図2のスイッチ222で示された)CTF220からの信号のサンプリングは、サーボ・グレイおよび復調バースト・データが読み取られた場合には、DPLLからのタイミング情報(図2に図示せず)を使用して同期しているが、RROデータが読み取られた場合には、同期していない。等化器203の出力は、A/D変換器204によってディジルタル化され、かつ量子化され、その出力は「Y」値として示される。
Y値は、部分応答最尤(PRML)検出器であるヴィタビ検出器205に印加される。ブロック符号器201のサーボ符号器によって課される制約が、最適な形でサーボ・データを復号化するためのヴィタビ検出器の設計において用いられ得る。ヴィタビ検出器205の出力が、ブロック復号器207に印加されて、復号化されたSAMおよびグレイ・データを生成する。ヴィタビ検出器205(このヴィタビ検出器は、RRO符号器の符号化制約を実施するために、制限されたトレリスを用いることがある)の出力も、RRO検出器208に印加される。RRO検出器208は、RROアドレス・マーク(AM)および最良位相(BP)検出器209を含み、これがRROアドレス・マークを検出し、同時に(RRO符号語の中間位相ビットに対応する)BPも検出する。RRO検出器208のRROデータ復号器210は、RRO AMおよびBPを用いて、RROデータに復号化するためのサンプルを選択する。「Y」値も、バースト復号器206に伝えられて、トラック上のヘッドについての精密な位置決め情報を生成する。
サーボ情報を検出するために用いられる他の検出器には、ピーク検出器が含まれる。ピーク検出器においては、(サーボ符号器の制約に依存する)ピークの場所および極性が、データの復号化を可能にする働きをする。RRO情報を検出するために、ピーク検出器の出力もRRO検出器に送られ得る。ピーク検出器とヴィタビ検出器の両方が、ビットを検出するために適切にサンプリングされた信号を使用した場合には、非常に良い性能を出す。これらの検出器の性能は、タイミング誤差のあるサンプルが生成された場合には、著しく低下する。
(ブロック符号器201に含まれるものなどの)RRO符号器は、1ビット値を3回繰り返す(すなわち「1」が「111」となり、「0」が「000」となる)ことにより、RROデータのそれぞれの1ビット値を3ビット値に変換し得る。2つの遷移が隣接しないという制約(d=1制約と呼ばれ、しばしば非ゼロ復帰(NRZ)ライン符号化に用いられる)が、符号化されたRROデータの検出に課されると、ヴィタビ検出器205によって用いられるトレリスは、この制約(すなわち、ヴィタビ検出器の出力ビット・ストリーム内では「010」のビット・パターンも「101」のビット・パターンも許容されないという制約)を実施するよう制限される。16状態ヴィタビ検出器においてd=1制約を実施することにより、d=1制約のための無効な状態が、0010、0100、0101、1101、1011、1010と定義される。d=1制約のための有効な状態は、0000、0001、0011、0110、0111、1111、1110、1100、1001、1000である。
図5は、d=1制約を有するヴィタビ検出器のトレリスの制限を示す図である。左の列は、時間「k−1」の16の可能な状態を表し、右の列は、時間「k」の16の可能な状態を表す。それぞれの状態におけるビット・パターンは、最後に受信されたビットを表す最下位のビット(LSB)(すなわち、時間「n−1」の状態のLSBがY「n−1」である)を有する検出器における現在の4ビットを表す。したがって、1ビット・サイクルが示されている。一般に、左の列の無効な状態からの遷移が右の列へと制限され(遷移を有さない)、例外として状態2(0010)および13(1101)があり、その遷移によりそれぞれの状態に少なくとも1経路だけ到達することが可能となる。これらの例外については、その遷移は、次のサイクルで制限される無効な状態に対してである。制限された経路を有する有効な状態が太い実線で示されており、有効な状態から無効な状態への経路が制限されている。左の列の他の有効な状態により、右の列の無効な状態への遷移が、それぞれの状態に少なくとも1経路だけ到達することが可能となる。次いで、無効な状態への遷移が、次のサイクル内で制限される。
RROデータ・フィールドを読み取っている時にはサンプリング位相が認識されていないので、ヴィタビ検出器はより誤差を発生しがちである。課されたd=1制約により、一定のタイプの誤差のみが生じ得る。それぞれのビットが3回書き込まれるので、かつヴィタビ検出器におけるd=1制約により、第1および第3のビットが影響を受ける可能性が最も高く、第2の(中間)ビットは、不適当なサンプリング位相により保存される可能性が最も高い。たとえば、d=1制約で制限されたヴィタビ検出器への...111 000 111 000 000入力の符号化されたユーザ・データ・ストリームが、(図5の制限された16状態トレリスを使用して)...011 100 111 100 000....として出力される。中間ビットを識別することにより、対応するRROデータ・フィールドが検出される。RROアドレス・マークは、ヴィタビ検出器出力のどのビットが中間ビットであるかを識別するために用いられる。
中間ビット、または最良の位相としての「中間位相」を識別するためにRRO AM/BP検出器209によって用いられる先行技術による1つの技術では、中間位相選択論理が用いられている。たとえば、0101001がRROアドレス・マークのために使用されるパターンであると、符号化された後に、このパターンが000111000111000000111となる(つまり21ビットとなる)。検出器209によるRRO同期および位相センタリングが、制限されたヴィタビ検出器の出力部からのデータをスライド・ウィンドウを通って伝えることによって達成される。ウィンドウ内のデータは、ビット(3T/ビット、ここでTはビット期間)のそれぞれの位相について、期待されるアドレス・マークと比較される。不一致の数が閾値未満である(あるいは同様に、一致するビットの数が閾値以上である)場合には、RROアドレス・マークが発見される。たとえば、読み取られたRROアドレス・マーク内の誤差についての許容差が許容されないと、RROアドレス・マークのすべての7ビットが一致しなければならず、一致するビットの数のための閾値が7に設定される。位相センタリング(どれが中間ビットであるかを選択すること)が、隣接位相上での一致の数を評価することによって達成される。
図6は、最良の位相としての「中間位相」を検出するためにRRO AM/BP検出器209によって使用される、先行技術による位相センタリングの1つの技術を示す図である。データCは、ヴィタビ検出器から出力されるビット・ストリームである。「0101001」がRROアドレス・マークのために使用されるパターンであると、符号化した後に、このパターンが、データCビット・ストリームとして示される000111000111000000111となる。データBおよびデータAビット・ストリームは、それぞれ、1および2ビット期間だけ時間が遅延したデータCビット・ストリームである。ビット・ストリームは、スライド・ウィンドウ601を通って伝えられ、期待されるRROアドレス・マーク値と比較される。スライド・ウィンドウは、以下のオペレーションをビット期間T:A=B、B=C毎に効果的に作成し、Cがヴィタビ検出器から次のビットを得る。不一致の数が閾値未満、あるいは同様に、一致の数が閾値以上である場合には、RROアドレス・マーク値が発見される。図6の例については、一致するビットの数のための7の閾値には、不一致が存在しないことが必要である。位相センタリング(すなわち、中間で符号化されたビットを検出すること)が、隣接位相内の一致の数を数えることによって達成される。
他の技術では、ピーク毎にRRO AMの一連のピークを検出するためにビット・ピーク検出を行うデジタル補間を用いる。1つまたは複数のデジタル補間回路が用いられて、受信機のA/D変換器からの非同期サンプルを補間して、非同期サンプル間に1つまたは複数の補間されたサンプルを生成する。したがって、それぞれのデジタル補間回路が、A/D変換器のサンプル・タイミングのそれに対して、いくつかの位相に対応する補間されたサンプルを生成する。補間の1つの態様では、位相誤差検出を行う位相ロック・ループを用いて、同期補間されたサンプルを生成する。この方法は、参照により本明細書内に組み込まれている、1996年11月18日に出願した米国特許第5,835,295号明細書、Behrens、「Zero Phase Restart Interpolated Timing Recovery in a Sampled Amplitude Read Channel」に記載されている。
米国特許第5,835,295号明細書 米国特許出願第10/342,153号明細書
本発明は、アドレス・マーク(AM)およびデータを表す非同期サンプル値を補間するための1つまたは複数のデジタル補間回路と、AMを検出するための非同期最尤(AML)検出器と、データを復号化するためのデータ復号器とを用いる繰り返し振れデータ検出に関する。AML検出器は、ヴィタビ・アルゴリズムなどのAMLアルゴリズムを用いて、観察されたピークの全シーケンスの検出に基づいてAMの一連のピークを検出する。AML検出では、理想的なAM個のサンプル・シーケンスに距離が最も近い、非同期サンプル・シーケンスまたは補間されたサンプル・シーケンスのいずれか1つを選択する。一度AMが検出されると、AML検出器は、AM発見信号、およびデータを検出し復号化するための最良の位相を有するサンプル・シーケンスの選択された1つを提供する。
本発明の一実施形態に従って、記録チャネルから読み取られたサンプル・シーケンス内のデータが、読み取られたサンプル・シーケンスから1つまたは複数の補間されたサンプル・シーケンスを生成することによって検出され、それぞれの補間されたサンプル・シーケンスは、読み取られたサンプル・シーケンスとは異なる対応する位相を有する。最尤(ML)検出アルゴリズムでは、それぞれのサンプル・シーケンスの一部分と理想的なサンプル・シーケンスの間の距離測定値を生成し、理想的なサンプル・シーケンスがデータ内のピークに対応する。読み取られたサンプル・シーケンス、または補間されたサンプル・シーケンスの1つのいずれかが、データを検出する際に使用される最小距離測定値に基づいて選択される。
以下の詳細な説明、特許請求の範囲、添付の図面より、本発明の他の態様、特徴、利点がより充分に明らかとなろう。
図7は、本発明の例示的実施形態に従って、RROデータ・フィールド情報を検出し復号化するための繰り返し振れ(RRO)検出器701を含む受信機700を示す図である。RRO検出器701は、RROアドレス・マーク(AM)およびRROデータを含む、図4に示されるようなRROデータ・フィールド情報を検出し復号化し得る。受信機700は、等化器710とアナログ/デジタル(A/D)変換器711とをさらに備える。等化器710は、磁気記録ディスクなどの磁気記録媒体から読み取られた信号に等化を適用して、磁気記録チャネル(媒体)を通る信号の通路によって引き起こされた符号間干渉(ISI)および信号分散の影響を補償する。信号は、図3および4に示されるような、符号化されたSAM、グレイ、RROデータなどのサーボ・データを表す一連のシンボルであり得る。等化器710は、アナログ信号のサンプリングを可能にするスイッチ(図7に図示せず)を含み得る。A/D変換器711は、等化器710から等化された信号からシンボル速度Tでデジタル・サンプルを生成する。等化器710からの信号のサンプリングは、サーボSAM、グレイ、復調バースト・データが読み取られた場合には、デジタル位相ロック・ループ(DPLL、図7に図示せず)からのタイミング情報を使用して同期していることがあるが、RROデータが読み取られた場合には、同期していないことがある。
A/D変換器711からの非同期サンプル・シーケンスが、RRO検出器701に入力された一連の「Y」値として示されている。A/D変換器711からの一連の「Y」値は、RROデータ・フィールド情報のための任意の位相を有する非同期サンプル値を表す。
RRO検出器701は、デジタル補間回路ブロック702と、最尤(ML)RROアドレス・マーク(AM)検出器703と、RROデータ復号器704と、オプションの最良の位相(BP)検出器705とを備える。デジタル補間回路ブロック702は、1つまたは複数のデジタル補間回路を備えることができ、それぞれの補間回路が、A/D変換器711からの一連の「Y」値を補間して、非同期サンプル値の位相とは異なる位相を有する対応する補間されたサンプル・シーケンスを生成する。ML RRO AM検出器703は、一連の「Y」値内のRRO AMを検出する。デジタル補間回路ブロック702は、それぞれ、M個のサンプル・シーケンス(Mは正の整数)、すなわち位相τを有するA/D変換器711からの非同期サンプル、および位相τからτM−1を有するM−1個の異なる補間されたサンプル・シーケンスを提供する。
ML RRO AM検出器703は、デジタル補間回路ブロック702からのM個のサンプル・シーケンスの1つの中の(DCイレース・フィールドの後の)RROデータ・フィールドのRRO AMを検出する。ML RRO AM検出器703は、ヴィタビ・アルゴリズムなどの非同期最尤(AML)検出アルゴリズムを用いて、ピーク毎でなく、全シーケンスの観察されたピークの検出に基づいてRRO AMの一連のピークを検出する。RRO AMのAML検出により、たとえば、ユークリッド距離で理想的なRRO AM個のサンプル・シーケンスに「最も近い」デジタル補間回路ブロック702からM個のサンプル・シーケンスの1つが選択される。「最も近い」関係は、以下に記載するように、距離および費用関数の点において異なる方式で表現され得る。一度RRO AMが検出されると、ML RRO AM検出器703は、RRO AM発見信号r(k)、および最良の位相を有するM個のサンプル・シーケンスの選択された1つを提供する(すなわち、RROデータを検出し復号化するための最良のサンプルを提供する)。
たとえば、1ビットが3ビットに符号化される場合には、中間ビットの検出および復号化が1ビット誤差を引き起こす可能性は最も低い。最良の位相選択については、参照により本明細書内に組み込まれている、2003年1月14日に出願した米国特許出願第10/342,153号明細書、Viswanath AnnampeduおよびPervez Aziz、「Asynchronous Servo RRO Detection Employing Interpolation」に記載されている。あるいは、BP検出器705を用いて、RROデータ復号器704によって使用されるデジタル補間回路ブロック702から、最良のサンプルと呼ばれる最良の位相サンプル・シーケンスを決定し得る。BP検出器705は、RRO アドレス・マークの検出中にML RRO AM検出器703によって生成された最良の位相情報を用いる。
RRO AM発見信号r(k)およびRRO符号器の符号化制約についての先験的情報に基づいて、RROデータ復号器704が、最良の位相に対応するM個のサンプル・シーケンスの選択された1つを、RROデータに復号化する。次に、本発明の例示的実施形態によるデジタル補間回路ブロック702、ML RRO AM検出器703、RROデータ復号器704のオペレーションについて記載する。
デジタル補間回路ブロック702が、たとえば、4つの「Y」値、Y0、Y1、Y2、Y3を受信するが、これらの値は、シンボル速度TでサンプリングされたA/D変換器711からの非同期サンプルである。これらのサンプルは、A/D変換器711に入力されたアナログ波形のピークおよびゼロ交差に対応している必要はなく、時間がTだけ離れた任意のサンプルであり得る。これらの4つの非同期サンプルを使用して、デジタル補間回路ブロック702が、補間されたサンプル(たとえばY11、Y12、Y13)の推定値を生成する。たとえば、以下の等式(1)〜(3)のフィルタリング・オペレーションで、サンプル、Y11、Y12、Y13が生成される。すなわち、
Y11=(−2*Y3+5*Y2+13*Y1−2*YO)/16 (1)
Y12=(−2*Y3+9*Y2+9*Yl−2*YO)/16 (2)
Y13=(−2*Y3+13*Y2+5*Yl−2*YO)/16 (3)
等式(1)〜(3)によって表されるフィルタ・オペレーションのそれぞれが、デジタル補間である。等式(1)〜(3)の分母にある項「16」は、補間されたサンプル値を、A/D変換器からの6ビット・サンプル値と互換性のあるように調整するために用いられるゲイン項である。互換性のあるサンプルは、A/D変換器に伝えられる、オーバーサンプリングされた信号のサンプルに類似していなければならない。他の実施形態では、元の読み取られたサンプルを基準化し得る(たとえば、等式(1)、(2)、(3)の分母が「4」になり、サンプル、Y0、Y1、Y2、Y3が、補間の前に、4倍に基準化される)。デジタル補間回路ブロック702は、補間すべきサンプリング・ポイントのそれぞれについて、1つのデジタル補間フィルタを有することができる(すなわち、等式毎に1つの補間回路)が、別個の逐次処理も用い得る(たとえば、1つの補間回路がすべての等式を実施する)。本発明は、等式(1)、(2)、(3)に記載されている、これらの形式のフィルタリング・オペレーションに限定されるものではないが、当業者なら、他のタイプの補間を用いて、補間されたサンプルを生成することができよう。
補間されたサンプルY11は、非同期サンプルY1の後にT/4だけ離れたサンプルに対応する。同様に、補間されたサンプルY12およびY13は、それぞれ、Y1の後にT/2および3T/4だけ離れている。したがって、サンプルY1が時間kTに対応する場合は、サンプルY11はY1(kT+T/4)に対応し、サンプルY12はY1(kT+T/2)に対応し、サンプルY13はY1(kT+3T/4)に対応し、サンプルY2はY1(kT+T)に対応する。図8は、i)非同期サンプル・ポイントY1およびY2と、ii)補間されたサンプル・ポイント、Yll、Y12、Yl3とを含むA/D変換器に印加される波形を示すグラフである。固有のフィルタおよび実施遅延を斟酌した後に、デジタル補間回路ブロック702が、互いからT/4だけ離れた連続ストリームのサンプルを生成する。あるいは、オーバーサンプリングを用いて、同様の連続ストリームのサンプルを生成し得るが、A/D変換器711の速度(クロック周波数)が4倍に増加する。
本発明は、T/4だけ離れたサンプルに限定されるものではなく、追加の補間回路を用いて、他のサンプリング例でのサンプル・ポイントを推定し得る。たとえば、T/8解像度(すなわち、2つのサンプル間の間隔がT/8)のサンプルを推定するために、7つの補間回路を用いて、A/D変換器711からの非同期サンプルに加えて使用される補間されたサンプルを生成し得る。これらの7つのデジタル補間回路の可能なフィルタ係数が、以下の表1に示されている。
Figure 0004602694
本発明の例示的実施形態に従って、A/D変換器711からの非同期サンプル・シーケンスおよびM−1補間されたサンプル・シーケンスが、ML RRO AM検出器703に印加される。ML RRO AM検出器703は、AML検出アルゴリズムを適用して、観察されたピークの全シーケンスの検出に基づいてRRO AMの一連のピークを検出する。AML検出アルゴリズムでは、i)A/Dからの非同期サンプル、またはii)たとえばユークリッド距離で理想的なRRO AM個のサンプル・シーケンスに最も近い、数組の補間されたサンプルの1つのサンプルのいずれかを選択する。最も近い関係は、ユークリッド距離の最小平方やユークリッド距離の最小絶対値などの、費用関数の最小化の点において異なる方式で表現され得る。ここで、時間kで、観察されたサンプルy(k)と理想的なサンプル
Figure 0004602694
の間のユークリッド距離e(k)は、等式
Figure 0004602694
に示されている。
シンボル期間と同じ期間Tを有する非同期サンプリングについては、時間kの非同期サンプルの位相の点においてm番目の位相の1つのピークのための平方ユークリッド距離が、等式(5)に示されている。
Figure 0004602694
RRO AM検出器703の所与の実装形態、およびRROデータ復号器704の所与の実装形態は、1つまたは複数のRRO AMおよびRROデータ符号器によって用いられる符号化のタイプに基づく。RRO AM符号化については、所与の入力ビットが、繰り返されるか、または長さNTビットの符号語に変換され得、したがってピークはNTだけ離れる。さらに、数Bは、RRO AM内の正のピークの総数として(および負のピークの総数としても)定義される。
たとえば、RRO AMおよびデータ符号器が、符号化、すなわち「0」が「0011」に、「1」が「1100」になるなどの、1入力ビットを受信し、4出力ビットを生成する1/4符号器であると、ピークは4Tだけ離れる。したがって、4Tだけ離れたすべてのBピークを斟酌するサンプリングのm番目の位相のユークリッド距離の合計平方
Figure 0004602694
が、等式(6)に示されている。
Figure 0004602694
ユークリッド距離の最小平方は、等式(7)に示されている。
Figure 0004602694
上式で、
Figure 0004602694
は、時間kで、すべてのmシーケンス位相について計算された「・」の数学的最小値である。
検出器は、一般に所与の性能レベルで動作するよう設計されており、検出された値内の誤差の所与の確率にしばしば関係することがある。したがって、所与の実装形態については、ML RRO AM検出器703が、仮にユークリッド距離の最小平方が定義済みの閾値thr未満であれば、非同期サンプル・シーケンス、または補間されたサンプル・シーケンスの1つのいずれかを選択し、これが等式(8)に示されている。
Figure 0004602694
上式で、閾値thrは、実システムおよび/またはシミュレートされたシステムの計算を通してまたは観察を通して決定され得る。最初に、変数t(k)が「0」に設定され、
Figure 0004602694
である場合には、変数t(k)は「1」に設定される。
たとえば、RRO検出器701は、デジタル補間回路ブロック702について、3つの補間回路を用い得る。したがって、m={0、1、2、3}となり、デジタル補間回路ブロック702は、位相τを有する4サンプル・シーケンス、すなわち、位相τを有するA/D変換器711からの非同期サンプルと、それぞれ、位相τ=T/4、τ=T/2、τ=3T/4を有する3つの異なる補間されたサンプル・シーケンスとを提供する。ML RRO AM検出器703は、すべてのサンプル・シーケンスにわたって式(6)を評価し、式(8)が真であった場合には、暫定RRO AM検出を宣言する。ML RRO AM検出器703は、暫定決定に基づいて、RRO AM発見信号r(k)を設定する場合もしない場合もある。いくつかの実施形態については、閾値thrに達しない
Figure 0004602694
の最初の発生は、最良の位相サンプル・シーケンスである位相τのサンプル・シーケンスに対応しないことがある。したがって、いくつかの実施形態については、ML RRO AM検出器703は、別のクロック・サイクル中のすべてのサンプル・シーケンスにわたって等式(8)を評価する。RRO AM発見信号r(k)は、等式(9)の決定規準に基づいて設定される。
Figure 0004602694
上式で、mは、時間kのユークリッド距離の最小平方の位相数に対応し、mk−1は、時間k−1のユークリッド距離の最小平方の位相数に対応する。当業者には明らかであろうが、等式(6)は、等式(10)に示されるように、ほぼ4Tだけ離れたピークを斟酌するよう修正され得る。
Figure 0004602694
上式で、Sは、先のピーク・サンプルからb番目のピーク・サンプルである。たとえば5T(およびS=5)のピーク分離は、EPR4目標チャネル応答の高度な検出に有利であろう。
図9は、図7のML RRO AM検出器703の第1の例示的実装形態900を示す図である。ML RRO AM検出器900は、デジタル補間回路ブロック702からの4サンプル・シーケンス、すなわち、A/D変換器711からの非同期サンプル(y(kT+τ))、および3つの異なる補間されたサンプル・シーケンス(y(kT+τ、)、y(kT+τ)、y(kT+τ))を処理する。RRO AM検出器900は、等式(6)〜(9)の関係に従って、
Figure 0004602694
のための理想的なサンプル値を使用して、4つのサンプル・シーケンスを処理する。上式で、添字bは、ピーク数を表す。表2は、EPR4チャネル応答(すなわち、EPR4([55−5−5」))のためのピーク値の
Figure 0004602694
のための比較的理想的なサンプル値を示している。上式で、それぞれのビット(行)は、時間がTだけ離れている。RRO AM/BP検出器900は、このシーケンスを処理して、(表2のピーク値などの)ピーク値を検出する。
Figure 0004602694
ML RRO AM検出器900は、4つのユークリッド(EUC)距離モジュール901〜904、最小値計算器905、閾値検出器906、遅延908、決定論理907を含む。EUCモジュール901〜904のそれぞれが、等式(6)に示されている対応するサンプル・シーケンスについて、平方ユークリッド距離計算を実施する。サンプル・シーケンス位相τ(たとえば、A/D変換器711からの非同期サンプル・シーケンス)についての一実装形態が、EUCモジュール901として図9に示されている。すなわち、位相τ〜τを有する補間されたサンプル・シーケンスのためのEUCモジュール902〜904が、同様の方式で実施され得る。図中には、加算が、
Figure 0004602694
要素(結合器、たとえば加算器または減算器のいずれか)によって示されており、乗算が、
Figure 0004602694
要素(たとえば乗算器)によって示されており、1つのサンプル時間の遅延「D」が、D要素(たとえばフリップフロップ)によって示されている。図9に示されている実装形態は、パイプライン処理の実装形態であり、ここでは、1クロック・サイクルの処理および遅延連鎖を通る可能な伝搬遅延を斟酌するよう、遅延要素が用いられている。
EUCモジュール901−904が、4サンプル・シーケンスのための平方ユークリッド距離
Figure 0004602694

Figure 0004602694
を生成し、最小値計算器905が、等式(7)の計算を実施して、平方ユークリッド距離
Figure 0004602694

Figure 0004602694
の最小値を決定する。平方ユークリッド距離
Figure 0004602694

Figure 0004602694
の最小値は、閾値検出器906に適用されて、等式(8)の計算を実施して、時間kの最小値が閾値thr未満であるかどうかを判断する。閾値検出器906が、閾値比較に基づいて、真または偽(T/F)信号を生成する。遅延908は、時間k−1の平方ユークリッド距離の最小値を提供するために用いられる。決定論理907が、時間kとk−1の最小値を比較して、閾値検出器906のT/Fを使用する等式(8)および(9)の計算を実施して、RRO AMが検出されたことを示すRRO AM発見信号r(k)を生成する。RRO AM発見信号r(k)が、RRO AMが検出されたことを示した場合には、最小平方ユークリッド距離に対応する位相τを有するサンプル・シーケンスは、最良の位相に対応し得、この位相を有する後続の非同期サンプル・シーケンスまたは補間されたサンプル・シーケンスのいずれかが、RROデータ復号器704によるRROデータ検出および復号化のための最良のサンプルとして用いられ得る(図7)。
本発明の別の例示的実施形態では、ユークリッド距離の平方ではなくユークリッド距離のための絶対基準値(絶対メトリック)を用いる。たとえば、ユークリッド距離da(k)の絶対値は、等式(11)で表現され得る。すなわち、
Figure 0004602694
および 等式(7)、(8)、(9)は、
Figure 0004602694
にda(k)を代入することによって修正され得る。
図10は、ユークリッド距離da(k)の絶対値を用いる、図7のRRO AM検出器703の第2の例示的実装形態1000を示す図である。第2の例示的実装形態1000は、4つの絶対(ABS)モジュール1001〜1004、最小値計算器1005、閾値検出器1006、遅延1008、決定論理1007を含む。ABSモジュール1001〜1004のそれぞれが、等式(11)に示されている、対応するサンプル・シーケンスのための絶対ユークリッド距離計算を実施する。サンプル・シーケンス位相τ(たとえば、A/D変換器711からの非同期サンプル・シーケンス)のための一実装形態が、ABSモジュール1001として図10に示されている。すなわち、位相τ〜τを有する補間されたサンプル・シーケンスのためのABSモジュール1002〜1004は、同様の方式で実施され得る。図10に示される実装形態は、パイプライン処理の実装形態であり、処理のクロック・サイクルおよび遅延連鎖を通る可能な伝搬遅延を斟酌するための遅延要素が用いられる。ABSモジュール1001においては、それぞれの|abs|要素が、入力値の絶対値を生成する。
ABSモジュール1001〜1004は、4サンプル・シーケンスのための絶対ユークリッド距離da(k)〜da(k)を生成し、最小値計算器1005は、等式(7)と同様の計算を実施して、絶対ユークリッド距離da(k)〜da(k)の最小値を決定する。絶対ユークリッド距離da(k)〜da(k)の最小値は、閾値検出器1006に適用されて、等式(8)と同様の計算を実施して、時間kの絶対ユークリッド距離の最小値が閾値thr未満であるかどうかを判断する。遅延1008は、時間k−1の絶対ユークリッド距離の最小値を生成するために用いられる。決定論理1007は、等式(9)と同様の計算を実施して、時間kとk−1の最小値を比較して、RRO AMが検出されたことを示すRRO AM発見信号r(k)を生成する。RRO AM発見信号r(k)が、RRO AMが検出されたことを示した場合には、最小絶対ユークリッド距離に対応する位相τを有するサンプル・シーケンスは、最良の位相(BP)に対応し得、対応する最良のサンプルは、RROデータ復号器704によるRROデータ検出および復号化のために用いられ得る。(図7)
図7に戻り、RROデータ復号器704を用いて、ML RRO AM検出器703から、BPシーケンスのサンプルまたは最良のサンプルからのRROデータを検出し復号化する。RROデータ復号器704による復号化は、RROデータを符号化するために用いられるRROデータ符号器(図7に図示せず)に依存する。2つの例示的形式の符号化のための検出および復号化のための方法を以下に記載するが、当業者なら、本明細書に記載の教示を特定の符号器の制約に基づく他の符号器に容易に応用できるであろう。RROデータ検出は、一般に非同期のデータ検出であり得る。
第1の例示的符号器は、上述したように、RROデータ符号器のために用いられる1/4符号器である。1/4符号器は、以下の如く、入力ビットを受信し、4出力ビットを生成する。すなわち、「0」は「0011」となり「1」は「1100」となる。このような符号器は、ワイド二相符号器(Wide Biphase encoder)とも呼ばれる。この符号器については、4T毎に(すなわち語境界毎に)、正のピークまたは負のピークのいずれかがある。ピークの値は、EPR4目標部分応答について±20である。したがってこの符号器については、データ・ビットは、以下の如く非同期に検出され得る。まず第1に、最良のサンプルY(BP+n4T+4T)が検索される(nは、RROアドレス・マーク検出の最後のピーク中に選択された最良の位相から4T毎に数える整数である)。検索されたサンプルは、ゼロの閾値と比較される。サンプルがゼロより大きいと、RROデータ・ビットは「0」と宣言され、そうでない場合は、RROデータ・ビットは「1」と宣言される。
第2の例示的RROデータ符号器は、以下の表3に示されるように、2入力ビットを受信し、8出力ビットを生成する2/8符号器である。また表3には、入力ビットのすべての組み合わせについて、EPR4目標部分応答のための
Figure 0004602694
の対応する理想的な値が(Y1〜Y8として)示されている。
Figure 0004602694
2/8符号器は、8ビットの語境界を有する。したがって、毎8ビットの最後に、すべてのRROデータ・ビットが検出されるまで、以下のオペレーションが繰り返される。まず第1に、最良のサンプル、Y(BP+n8T+4T)、Y(BP+n8T+5T)、Y(BP+n8T+6T)、Y(BP+n8T+7T)、Y(BP+n8T+8T)が検索される(nは、RROアドレス・マーク検出の最後のピーク中に選択された最良の位相から4T毎に数えるための整数である)。これらの値は、表3に示された値などの対応する理想的な値と比較される。その比較には、2/8データ符号器およびその制約に基づいて定義され得る、対応する「基準値」の計算が含まれる。たとえば、1つのこのような基準値は、最良のサンプルと一連の理想的な値の間の絶対誤差の計算された合計であり得る。この場合についての最良の基準値は、それらの計算された合計の最小値であり得る。最良の基準値に対応する符号語が、RROデータとして復号化され得る。
1/4符号化されたRRO AMを有するT/4だけ離れたサンプルについての例示的実施形態を記載したが、本発明はそれらに限定されるものではない。当業者なら、本明細書の教示を、1)任意の数の補間回路、および2)正および負のピークを含む任意のRROアドレス・マーク・パターン(たとえば、遷移によって特徴付けられるパターン)について修正できよう。さらに、20および−20のピーク値を有するEPR4([55−5−5」)目標部分チャネル応答を用いて本発明を記載したが、本発明はそれらに限定されるものではない。当業者なら、本明細書の教示を、異なるピーク値の他の目標チャネル応答に応用できよう。
磁気記録媒体からの符号化されたRROデータの検出および復号化について本発明を記載したが、本発明はそれらに限定されるものではない。当業者なら、本明細書の教示を、光学記録媒体などの他のタイプの記録媒体から読み取られたサンプリングされたデータに容易に応用できよう。さらに、非同期にサンプリングされたサーボRROデータ検出について、以下に例示的実施形態を記載するが、同期的にサンプリングされたサーボRROデータ検出にも、本明細書に記載した技術を用いることができよう。
本発明の1つまたは複数の実施形態を用いる受信機は、非同期にサンプリングされたサーボRRO情報のための非常に改良された検出性能を有することができる。いくつかの例示的実装形態については、ピーク毎の検出を行うシステムと比較した場合に、その受信機は、RROデータ誤り率においてほぼ0.4dBゲイン、およびRROアドレス・マーク失敗率において3dBゲインを経験し得る。デジタル補間回路を使用する受信機は、アナログ信号をオーバーサンプリングするために用いられ得る、より高速度の(かつより高いコストの)サンプリング回路に取って代わる。
本発明は、上記の方法を実践する方法および装置の形で具体化され得る。本発明はまた、フロッピ・ディスケット、CD−ROM、ハード・ドライブ、または他の機械読取可能記憶媒体などの有形の媒体において具体化されるプログラム・コードの形においても具体化され得、プログラム・コードがコンピュータなどの機械にロードされるか、または機械によって実行される場合には、その機械は、本発明を実践するための装置となる。本発明はまた、プログラム・コードの形で具体化され得、たとえば、記憶媒体内に格納される、機械内にロードされるかつ/または機械によって実行される、あるいは電気配線またはケーブル布線を介して、光ファイバを通ってなどのいくつかの伝送媒体を介して、あるいは電磁放射を介して伝送され、プログラム・コードがコンピュータなどの機械にロードされるか、または機械によって実行される場合には、その機械は、本発明を実践するための装置となる。汎用プロセッサ上で実施される場合には、プログラム・コード・セグメントは、プロセッサと組み合わさって、特定の論理回路と同様に動作する一意の装置を提供する。
本発明の性質を説明するために記載し例示してきた詳細事項、材料、部品の配置構成におけるさまざまな変更形態が、頭記の特許請求の範囲に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者により実施され得ることがさらに理解されるであろう。
誤差がゼロである場合の回転ディスク上の軌道に従うヘッドの、径方向位置対誤差を示す図である。 図1Aのグラフのための円軌道を追跡するヘッドを示す図である。 ディスクが1回転した後にゼロに戻る誤差の変化についての回転ディスク上の軌道に従うヘッドの、径方向位置対誤差を示す図である。 図1Cのグラフのための楕円経路を追跡するヘッドを示す図である。 先行技術による従来の磁気記録システムを示す図である。 図2の磁気記録システムと共に用いられるサーボ・セクタ情報のためのフォーマットを示す図である。 図3の繰り返し振れ(RRO)データ・フィールドのフォーマットを示す図である。 d=1制約を課すための図2のヴィタビ検出器の制限されたトレリスを示す図である。 先行技術による中間ビットに基づいて最良の位相を設定することを示す図である。 本発明の例示的実施形態に従って、データを検出し復号化するための繰り返し振れ(RRO)検出器を含む受信機を示す図である。 図7のデジタル補間回路ブロックによって提供される非同期サンプル・ポイントおよび補間されたサンプル・ポイントを含む波形を示すグラフである。 図7のRRO AM検出器の第1の例示的実装形態を示す図である。 図7のRRO AM検出器の第2の例示的実装形態を示す図である。

Claims (7)

  1. 記録チャネルから読み取られたサンプル・シーケンス内のデータを検出する方法であって、
    (a)前記読み取られたサンプル・シーケンスから1つまたは複数の補間されたサンプル・シーケンスを生成する工程を含み、それぞれの補間されたサンプル・シーケンスが、前記読み取られたサンプル・シーケンスとは異なる対応する位相を有し、
    (b)最尤(ML)検出アルゴリズムにより、それぞれのサンプル・シーケンスの一部分と理想的なサンプル・シーケンスの間の距離測定値を生成する工程を含み、前記理想的なサンプル・シーケンスが、前記データ内のピークに対応し、
    (c)前記データを検出する際に使用する前記最小距離測定値に基づいて、前記読み取られたサンプル・シーケンスまたは前記補間されたサンプル・シーケンスの1つのいずれかを選択する工程を含み、
    工程(c)について、前記データが、アドレス・マークと符号化されたデータ・フィールドとを有するサーボ・データであり、工程(c)が、前記選択されたサンプル・シーケンスから前記アドレス・マークを検出する工程を含み、前記方法が、前記選択されたサンプル・シーケンスから前記符号化されたデータを復号化する工程をさらに含み、
    工程(c)について、前記アドレス・マークが繰り返し振れ(RRO)アドレス・マークであり、前記符号化されたデータが符号化されたRROデータであり、
    工程(a)について、前記読み取られたサンプルが非同期サンプルであることを特徴とする方法。
  2. 工程(c)が、前記データを検出する際に使用する前記読み取られたサンプル・シーケンスまたは前記補間されたサンプル・シーケンスの1つのいずれかを選択するために前記距離測定値の最小値を決定する工程を含む請求項1に記載の発明。
  3. 前記復号化する工程が、2/8符号器または1/4符号器のいずれかの制約を用いて、前記符号化されたデータを生成する請求項に記載の発明。
  4. 工程(c)について、前記距離測定値が、それぞれのサンプル・シーケンスの一部分と理想的なサンプル・シーケンスの間のユークリッド距離であり、工程(c)が、それぞれのサンプル・シーケンスの一部分と理想的なサンプル・シーケンスの間の前記平方ユークリッド距離の前記最小値を決定する工程を含む請求項1に記載の発明。
  5. 工程(c)が、時間kの前記平方ユークリッド距離
    Figure 0004602694
    の前記最小値を、
    Figure 0004602694
    と決定する工程を含み、
    上式で、y(・)は観察されたサンプルまたは補間されたサンプルのいずれかであり、
    Figure 0004602694
    は理想的なサンプルであり、Bはいくつかのピークに対応する正の整数であり、Tはシンボル期間であり、Sbは先のピーク・サンプルからb番目のピーク・サンプル(0≦b≦B)であり、τmは前記読み取られたサンプル・シーケンスまたは前記補間されたサンプル・シーケンスの1つのいずれかの位相(mは整数、0≦m≦M、Mはいくつかのサンプル・シーケンスに対応する正の整数)である請求項に記載の発明。
  6. 工程(c)が、それぞれのサンプル・シーケンスの一部分と理想的なサンプル・シーケンスの間の時間kの前記絶対ユークリッド距離dam(k)の前記最小値を、
    Figure 0004602694
    と判断する工程を含み、
    上式で、y(・)は観察されたサンプルまたは補間されたサンプルのいずれかであり、
    Figure 0004602694
    は理想的なサンプルであり、Bはいくつかのピークに対応する正の整数であり、Tはシンボル期間であり、Sbは先のピーク・サンプルからb番目のピーク・サンプル(0≦b≦B)であり、τmは前記読み取られたサンプル・シーケンスまたは前記補間されたサンプル・シーケンスの1つのいずれかの位相(mは整数、0≦m≦M、Mはいくつかのサンプル・シーケンスに対応する正の整数)である請求項に記載の発明。
  7. 工程(c)が、前記最小値が検出誤差の確率に基づく閾値未満であった場合には、現在の時間kのためのまたは以前の時間k−1のための、前記ユークリッド距離の前記最小値のいずれかを選択する工程を含む請求項に記載の発明。
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