JP4928716B2 - 高密度光記録媒体のためのウォブル復調方法、デバイス及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、光記録媒体のウォブル信号のＡＤＩＰデータ復調方法、及び、前記方法を用いた光記録媒体からの読出及び／又は光記録媒体への書込み装置に関する。

例えば、上記方法は、ウォブルトラックを有する光記録媒体からの読出及び／又は光記録媒体への書込み装置において、ウォブルトラックからアドレス情報（ＡＤＩＰ情報、ａｄｄｒｅｓｓ ｉｎ ｐｒｅｇｒｏｏｖｅ）を得るため、または、書込クロックの生成にウォブル周波数を利用するために用いられる。

一般的に、ディスク状で、読出及び／又は書込に適した光記録媒体において、トラックは、インタリーブされたスパイラル状又は同心円として表現される形状を有している。特に、書込に適した光記録媒体において、トラックは、媒体の特定の位置を見つけるために、特定の形状の揺れを付加的に有している。これは、トラックは、ほぼ直線状ではなく、蛇行した線であるということを意味する。例えば、この蛇行した線の形状には、光記録媒体上のある特定の位置を認識するために使用されるアドレス情報が含まれている。符号化には、周波数変調や位相変調のような、種々の方法が用いられる。更に、ウォブル信号は回転速度情報、または、予め決められたデータ書込み速度情報のために使用することも可能である。

高密度光記録媒体に対して、ＭＳＫ−ｃｏｓ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ ｃｏｓｉｎｅ ｖａｒｉａｎｔ）と、ＨＭＷ（Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｗａｖｅ）という２つの方法を、混合して用いるウォブル信号の変調が提案されている。ウォブル周期の一部のみが変調される。ウォブル周期の大部分は、モノトーンウォブル（ＭＷ）である。ＭＳＫ−ｃｏｓ法は、主に、ＡＤＩＰユニット同期に採用され、３つのウォブル周期が１つのＭＳＫマークで置き換えられる。この様子を図１に示す。ＭＳＫマークはＡＤＩＰユニットの開始を示すため、または、同期若しくはデータ認識のために用いられる。ＨＭＷ法は、主にＡＤＩＰデータのために用いられる。ウォブルの基本周波数の第２高調波が、低い振幅レベルでウォブルに加えられる。その位相は、ウォブルの基本周波数と直交し、図２に示すようにＡＤＩＰビットに応じて、２つの位相で変調さる。

ＡＤＩＰワードの異なるユニットを表す図３に示すように、２つの方法は、同期とＡＤＩＰ情報のために別々に使用されてはいない。ｄａｔａ＿０ユニットに対しては、ウォブル周期１４,１５及び１６に、ｄａｔａ＿１ユニットに対しては、ウォブル周期１２,１３及び１４というように、一方において、別のＭＳＫマークがＡＤＩＰワード中の異なる位置に加えられる。よって、ＭＳＫマークは、ＡＤＩＰデータ復調のためにも使用されている。他方において、リファレンスユニットと呼ばれるいくつかのユニットもまた、ウォブル周波数の第２高調波を有している。この場合、第２高調波は固定された位相を有しており、リファレンスユニットは、ＡＤＩＰニブルの同期に用いることもできる。

上記のウォブル信号の変調は、まったく新しいものなので、信頼できるウォブル復調のための解決方法は、ほとんど知られていない。周波数又は位相復調のために従来から知られている方法を用いることは可能であるが、両方法を適切に組み合わせて適用することは難しい。もし、周波数復調のみ、または、位相復調のみを用いた場合、信号のエネルギーの大部分は失われることになる。これは、予期せぬパフォーマンスの低下を招くこととなる。

非特許文献１において、ＭＳＫマークと、ＨＭＷの鋸状の揺れを検出する方法が提案されている。キャリア乗算器からなるヘテロダイン回路と、積分器と、サンプルホールド回路がこのために利用されている。ウォブル信号は、ＭＳＫマークを検出するために、基本周波数のコサイン波で乗算器において乗算される。他方、ウォブル信号は、ＨＭＷの鋸状の揺れを検出するために、第２高調波のサイン波で乗算される。しかし、提案された方法でも、利用可能な信号のエネルギーの一部しか利用していない。

Kobayashi et al, "J.Appl.Phys Vol.42", 2003, p915-p918

従って、本発明は、上述した問題を解消する、信頼できるウォブル復調方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、
ウォブル信号が２つの異なる方法により変調されている、光記録媒体のウォブル信号のＡＤＩＰデータ復調方法において、前記ウォブル信号のキャリアを再生するステップと、再生したキャリアに基づきウォブル信号を復調するステップと、ウォブル信号中のＭＳＫマークを検出するために、２次元ＭＳＫフィルタを用いるステップを有することを特徴とする。

好ましくは、キャリア周波数は、ＰＬＬ手段により再生される。その後、位相はＡＤＩＰデータのコヒーレント復調に利用される。これにより、周波数検出に基づくコヒーレントではない復調方法と比較し、約３ｄＢの改良がなされる。２次元ＭＳＫフィルタは、ウォブルの基本周波数に制限される２位相検出器のような、他の公知の検出器より良いパフォーマンスを持つ。更なる改良として、前記再生したキャリアに基づきウォブル信号を復調するステップにおいて、変調データをベースバンド、つまりキャリア周波数に関連する周波数にダウンコンバートするステップと、ダウンコンバートされたデータを復調するステップとを有する。

本発明の方法は、ＭＳＫ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）法と、ＨＭＷ（Ｈａｍｏｎｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｗａｖｅ）法により変調されているウォブル信号に対して、有利に適用される。前記ウォブル変調が、高密度光記録媒体のために提案されているので、この種のウォブル信号を復調することができる方法は、重要なものとなる。

好ましくは、ダウンコンバートされたデータの復調には、ＭＳＫ復調とＨＭＷ復調の組合せが使用され、前記組合せは、ＭＳＫマークの位置に基づく。エラーレートの最小化のため、ＡＤＩＰデータビット検出において、可能な限りたくさんの信号エネルギーを利用することに価値がある。検出は、ＭＳＫマークの位置、または、第２高調波の位相を利用することができる。しかし、最良の結果は、両復調を利用することで達成される。このため、ＭＳＫフィルタのサンプルされた出力と、ＨＭＷアキュムレータのサンプルされた出力とが適切に混ぜ合わされる。

本発明の他の特徴によると、前記変調データをベースバンドにダウンコンバートするステップは、３つの異なる相関パスの使用を含む。２つの相関パスは、ＭＳＫマークの検出に必要な信号を発生するために用いられる。第３の相関パスは、ＨＭＷ法による変調を検出するための信号を発生する。

好ましくは、前記３つの異なる相関パスは、それぞれ、同相キャリア、キャリアの第２高調波、キャリアの１．５倍の周波数の相関をとる。これらは、提案されているＭＳＫとＨＭＷ法により変調されたウォブルを検出するために必要となる周波数である。もちろん、特定の変調によっては、他の周波数もまた好ましい。

少なくとも相関パスの２つが、構成部品を、有利に共用する。これは、（シリコン面積の点から）実装コストの削減につながる。可能な共用部品は、サイン／コサイン発生器、乗算器及び積分＆ダンプ器である。

好ましくは、ウォブル信号が２つの異なる方法により変調されている、光記録媒体のウォブル信号のＡＤＩＰデータ復調デバイスにおいて、本発明による方法を実行する。

本発明の方法は、ウォブル復調のため、光記録媒体からの読出し及び／又は光記録媒体への書込み装置において有利に実行される。そのような装置は、信号エネルギーの損失がほとんどないため、純粋な周波数変調や純粋な位相変調のみ使用する装置と比較し、より良いパフォーマンスを有する。

本発明のより良い理解のために、以下では図面を参照し、最良の実施形態について詳細に説明する。本発明は、この典型的な実施形態のみに限定はされず、特定された特徴は、本発明の範囲から逸脱しない結合及び／又は修正がなされることも可能である。

図４は、本発明によるコヒーレント復調器１を示す。復調器１の設計のために、以下にについて考慮する利点がある。
ａ）ＭＳＫマークは、時間多重のうちのわずかな部分にだけ存在する。例えば、全部で５６ウォブル周期のＡＤＩＰユニットのうち、ＭＳＫマークは最大９ウォブル周期だけ存在する。
ｂ）ＨＭＷ変調は、ウォブルの基本周波数の位相を変更せず、第２高調波に少しのエネルギーを割り当てる。

よって、基本キャリアの位相を再生し、それをＡＤＩＰデータのコヒーレント復調に使用することが可能である。これにより、周波数検出による、コヒーレントではない復調と比較し３ｄＢの改良がなされる。好ましくは、キャリアはＰＬＬ２により再生され、その位相が復調に使用される。

もちろん、データ変調のＰＬＬ２への干渉の問題により、コヒーレント復調器の能力が制限される。しかし、この制限は厳しいものではない。さらに、この問題は、ＰＬＬループ内に適切な狭帯域フィルタ手段を設けることで、または、他の実現可能な方策により解消することができる。

図４のブロックダイアグラムによると、復調器１は、ＰＬＬ２と、ダウンコンバータ３と、ベースバンド復調器４とを有する。ダウンコンバータ３は、変調されたデータをベースバンドに変換する。ダウンコンバータは、３つのサブパス３１、３２、３３を有する。各サブパスは、ウォブル周期にわたっての相関器である。第１のサブパス３１は、同相キャリアとの相関をとり、第２のサブパス３２は、第２高調波との相関をとり、第３のサブパス３３は、ＭＳＫマークの１．５倍された周波数との相関をとる。図において、ωｔは、２πｆ_ｗｏｂｔを表す。

デジタルでの実装を考慮し、デジタル制御発振器（ＤＣＯ）２１が、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の代わりに用いられる。同相及び直交正弦波が、計算手段（例えば、コーディックアルゴリズムを用いて）又はルックアップテーブルにより発生させられる。積分＆ダンプブロック３４、３５及び３６は、リセット可能で、サンプルホールド機能つきの
アキュムレータである。各相関器の出力のデータレートは、ウォブル周波数に等しい。

ＰＬＬ２の遅延は無視できると仮定、つまり、出力信号として再生された信号は、入力ウォブル信号の基本周波数と完全に同相であると仮定すると、ダウンコンバータ３の振る舞いは、簡単に分析できる。例として、ウォブル周期を１に正規化し、ウォブル振幅を１とし、復調器１で生成される正弦波（基本周波数と、基本周波数の１．５倍の周波数）の振幅を２とし、復調器１で生成される第２高調波の振幅を０．５、つまり、基本周波数の振幅の１／４を使用する。なお、以下に示す総ての数字は、前記値に基づいたものとする。他の値を使用した場合は、異なる値が得られる。相関器の出力は理想的には、同じ周波数が同じ位相で受信された場合は１であり、同じ周波数が１８０°位相シフトして受信された場合は−１であり、その他の場合は０である。もちろん、実際には、中間の値が得られる。

ＭＳＫマークを受信したとき、信号Ｉ１と、Ｉ１ｈには、以下の表１に示す系列が得られる。

ＨＭＷを受信したとき、Ｉ２は１／１６であり、それ以外の場合は常に０である。

図５は、適切なデータ同期を検出するため、及び、ＡＤＩＰワードのビットの値を認識するために、ベースバンド信号の処理を行うベースバンド復調器４の仕組みを示す図である。ベースバンド復調器４は、以下の機能ブロックを有する。
１．ＭＳＫフィルタ５
２．ＨＭＷアキュムレータ６
３．タイムジェネレータ７
４．同期検出器８
５．ＡＤＩＰビット検出器９

ＭＳＫフィルタ５は、入力ノイズによる劣化を考慮し、ＡＤＩＰユニットのウォブル周期０−５５のＭＳＫ位相検出を改良するため、信号Ｉ１とＩ１ｈに対して、適切なフィルタリングを行う。

ＨＭＷアキュムレータ６は、数ウォブル周期、正確にはウォブル周期１８−５４にわたり、ベースバンド信号を積分することでＨＭＷ復調のノイズ除去を改良する。このため、ＨＭＷアキュムレータ６には適切なタイミングが必要である。

タイムジェネレータ７は、ＡＤＩＰユニットにロックするウォブルカウンタ［０−５５］と、ＡＤＩＰワードにロックするＡＤＩＰユニットカウンタ［０−８２］の２つのカウンタを有する。更に、タイムジェネレータ７は、他の部分が必要とする総てのタイミング信号を供給する。これらの信号は、上記カウンタの適切なブール値の組合せである。

同期検出器８は、タイムジェネレータ７が、ＡＤＩＰユニット及びＡＤＩＰワードにロックするための同期処理を行う。

ＡＤＩＰビット検出器９は、ＭＳＫマークの振幅と高調波の振幅を得るために、ＭＳＫフィルタ５及びＨＭＷアキュムレータ６の出力のサンプルをとる。

適切なフィルタ５が、ＭＳＫマークの適切な検出能力を著しく改良する。このフィルタ５を用いない、簡易な解決方法として、ＡＤＩＰユニット同期検出器８が、信号Ｉ１の負のピークを分析することで、ＭＳＫマークを認識する方法がある。実際には、ＰＬＬ２と入力ノイズの制限を考慮し、信号Ｉ１ｈも利用することで、この方法は改良される。それは、上記の簡易な解決方法と比較し、有用な信号が増加（２倍）するからである。

フィルタ長を、３つのウォブル周期に制限するため、２次元フィルタは、以下の様に記述される。

最大の信号対ノイズ比を得るための、フィルタ係数の最適な選択の問題は、ＭＬ（最大尤度）検出を採用することで解決される。

表１のストリームを考慮すると、フィルタ５への入力信号Ｉ１とＩ１ｈとしては、6つの値がとり得る。それらを以下に示す。

ノイズにより、受信するウォブル信号Ｒは、Ｒ＝Ｓ＋Ｎと記述できる。ここで、

Ｍ１Ｐ、Ｍ１Ｍ、Ｍ２Ｐ及びＭ２Ｍを無視することで、フィルタ５は、Ｍ０からＷを可能な限り多く見分ける。従って、ＭＳＫマークの最尤検出器が、Ｗ及びＭ０と受信信号Ｒのユークリッド距離を測定することで、ＷであるかＭ０であるかを決定する。決定は最小距離に基づきなされる。この決定は、差分Ｍ０−Ｗとの相関を測定することと等価であり、よって、最良のフィルタＭＦは、２つの値の差と一致する。

ここで、ｔｒは、時間反転（ｔｉｍｅ ｒｅｖｅｒｓｅｄ）の略である。表１の入力ストリームを考慮し、このマッチドフィルタが与える結果を表２に要約して示す。

−４のピークは、ＭＳＫマークの終わりと対応している。−４のピークを探索することで、ＭＳＫマークの位置が検出できることは明らかである。

上記フィルタ５の出力は、Ｍ０の代わりにＷを検出することや、その逆の可能性を最小とする。フィルタ５の出力では、信号は、図３に示すＭＳＫマークのように見える。ＭＳＫマークがあるところでは、信号は１ウォブル周期の遅延を持って、０、−４、０であり、それ以外は４に等しい。

同期検出器８は、ＭＳＫフィルタ５の出力を受信し、タイムジェネレータ７の２つのカウンタを、適切な値をロードすることで管理する。

異なる複雑さを有するいくつかの解決方法が、同期検出器８には考えられる。基本的に、それらは、ＭＳＫマーク検出器と結合した状態遷移である。ＭＳＫマーク検出器は、信号が閾値である−２より小さい場合、ＭＳＫマークを検出する閾値検出器である。状態遷移の入力は、タイムジェネレータのカウンタのアドレスと検出したＭＳＫマークである。状態遷移の主な状態は、
・リセット：ＭＳＫマークが発見されたときに、２をウォブルカウンタにロードし、ＡＤＩＰユニットロック状態に移行する。
・ＡＤＩＰユニットロック：次のＭＳＫがきたとき、ウォブルカウンタアドレスを分析し、
−もし、アドレスが１２、１４又は２であれば、単に状態の確認のみで
−もし、アドレスが１６、１８、２０、又は２２であれば、ＡＤＩＰユニットカウンタを適切にロードする。
−その他の場合は、ウォブルカウンタに２をロードする。
・ＡＤＩＰワードロック：ＭＳＫマークが期待されるときに生じていることを確認する。

より複雑な解決方法が、ＭＳＫマークの誤検出を避けるために可能である。しかし、それらはシリコン面積の点で、より高い実装コストがかかる。

エラーレートの最小化のためには、ＡＤＩＰデータビット検出において、可能な限りたくさんの信号エネルギーを利用することに価値がある。検出には、ＭＳＫマークの位置、または、第２高調波の位相を利用することができる。最良の検出器は、ウォブルナンバー１４と１６でのＭＳＫフィルタ５のサンプルされた出力と、位置５４でのＨＭＷアキュムレータ６のサンプルされた出力とを適切に混ぜ合わせることで、両方を利用する。ＭＳＫフィルタ５とＨＭＷアキュムレータ６からの信号の振幅は、ＭＳＫフィルタ５とＨＭＷアキュムレータ６の効果を正規化することで、バランスをとる必要がある。ＭＳＫフィルタ５には、係数の２乗の合計として８が与えられている。ＨＭＷアキュムレータ６には、積分長として３７が与えられている。よって、信号はそれぞれ、√８と√３７により除算される。もちろん他の重み係数も可能である。全検出器のエネルギーは、各ＭＳＫパスに３２、ＨＭＷパスに３７の重み付けすることで３つのパスに分配される。最後に、エラーレートを最小とするため、加算器１０が３つのパスを最適な方法で結合する。

第２のＩパス（１．５倍の周波数）と、第３のパス（２倍の周波数）は同時に利用されないことを考慮して、実装コスト（シリコン面積の点から）の削減が達成される、コヒーレント復調器の有利な実施形態を図６に示す。この実施形態において、サイン／コサイン発生器と、乗算器と、積分＆ダンプは、２つのパスで同じものを使用する。タイムジェネレータは、２つの異なる機能を切替えるための適切な信号を発生する。もし、入力が１．５又は２で乗算された場合、特異な発生器が２つの機能のために使用される。それはπに変換され、出力は２又は０．５で乗算される。もちろん、この解決法は、ＡＤＩＰワード同期が可能であることを暗示している。開始時には、２ｃｏｓ１．５をＭＳＫマークの探索のために選択し、ＡＤＩＰワード同期の後、切替が行われる。

ウォブル信号のＭＳＫマークを表す図である。 ウォブル信号のＨＭＷの鋸状の揺れを表す図である。 異なるＡＤＩＰユニットにおいてＭＳＫマークとＨＭＷの鋸状の揺れが同時に使用されている状態を表す図である。 本発明によるコヒーレント復調器のブロック図である。 ベースバンド復調器のブロック図である。 簡略化した、コヒーレント復調器のブロック図である。

符号の説明

１ 復調器
２ ＰＬＬ
３ ダウンコンバータ
４ ベースバンド復調器
５ ＭＳＫフィルタ
６ ＨＭＷアキュムレータ
７ タイムジェネレータ
８ 同期検出器
９ ＡＤＩＰビット検出器
１０ 加算器
２１ デジタル制御発振器
３１、３２、３３ サブパス
３４、３５、３６ 積分＆ダンプブロック

Claims (7)

1. ウォブル信号がＭＳＫ法及びＨＭＷ法を用いて変調されている、光記録媒体のウォブル信号のＡＤＩＰデータの復調方法であって、
   前記ウォブル信号のキャリアを再生するステップと、
   ＭＳＫ信号を表す少なくとも２つの直交信号を受信し、かつ１次元信号を出力するＭＳＫフィルタを用いて、前記ウォブル信号中のＭＳＫマークを検出するステップと、
   ＭＳＫ復調とＨＭＷ復調との組合せであって前記ＭＳＫマークの位置に基づいた前記組合せを使用して、前記再生したキャリアに基づいて前記ウォブル信号を復調するステップと、
   を含む、前記方法。
2. 前記再生したキャリアに基づいて前記ウォブル信号を復調するステップは、変調データをベースバンドにダウンコンバートするステップと、該ダウンコンバートされたデータを復調するステップとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記変調データをベースバンドにダウンコンバートするステップは、前記ウォブル信号の変調に従った相関関係を示す３つの異なる相関パスを使用することを含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記３つの異なる相関パスは、それぞれ、同相キャリア、キャリアの第２高調波、キャリアの１．５倍の周波数と相関があることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記相関パスの少なくとも２つが、構成部品を共用することを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
6. ウォブル信号が２つの異なる方法により変調されている、光記録媒体のウォブル信号のＡＤＩＰデータを復調するデバイスにおいて、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の方法を実行することを特徴とするデバイス。
7. 記録媒体からの読出し及び／又は記録媒体への書込み装置において、
   請求項１からの５のいずれか１項に記載の方法を使用するか、または、ウォブル復調のために請求項６に記載のデバイスを有することを特徴とする装置。

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