JPH02235263A - ディスク記録信号の復調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気ディスク，光ディスク等のディスク記憶
装置に関し、特に、記録信号を読み出して復調する装置
に関する。

〔従来の技術〕

第３図に従来の磁気記録信号の復調装置の一般的な構成
を示し、第４図に変調方式としてＭＦＭ（ｍｏｄｔｆｉ
ｅｄ　Ｆ　Ｍ）　を用いた場合の同装置の動作の一例を
示す。以下、従来の復調装置の機能を第３図及び第４図
を参照しながら説明する。

読み出しへッドｌにより磁気ディスク《図示せず》から
読み出された信号は、読み出し増幅器２により増幅され
、第４図（ハ）に示す読み出し信号としてピーク検出回
路ＩＯに加えられる。ピーク検出回路ｌＯは、読み出し
波形のピーク位置に対応パルス、すなわち、同図（Ｃ）
に示すようなピーク検出パルスを出力する。ＭＦＭ方式
においては、ピーク検出パルスにタイミングパルスも含
まれているので、比較器１１．　　位相同期発振器１２
から構成される復調回路ｌ３によってピーク検出パルス
中のデータパルスのみを抽出する。すなわち、ピーク検
出パルスが位相同期発振器１２に供給され、同図（ａ）
に示すようなＭＦＭ変調される元のデータ列のうちのデ
ータ列“００”のビット境界に現れるピークの位相に同
期した出力が得られ、この出力は比較器ｌ１に供給され
る。比較器１１においては、同図ω）に示すようなビッ
ト間隔の区の幅を有するデータウィンドウが開かれ、同
図（ａ）に示す入力データのうち、′ｌ”が分離・復調
され、比較器１１からは第４図（ｅ）に示すような出力
が得られる。

上述の磁気記録装置においては、磁気ディスク上の線記
録密度すなわち磁化反転密度が高まるにつれて、読み出
しパルスの間隔が狭くなり、読み出し信号において、波
形干渉に起因するパターンピークシフト及び信号強度の
低下が発生する。このため、ピークの位置が本来の位置
からシフトして、ウィンドウパルスの位置及び幅のマー
ジンが小さくなる。また、信号強度が低下することから
、Ｓ　／　Ｎ　（ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅ＞特性が劣
化する。

復調装置においては、上記データウィンドウの幅により
、パターンピークシフトに起因する復調誤り率が決まる
。換言すれば、所定の復調誤り率を得るための従来の復
調装置におけるピークンフトのマージンが、磁気ディス
クの記録密度を高める上での制限になっていた。

そこで、従来は、このパターンピークシフトに対して、
遅延素子．乗算器．加算器等からなるトランスバーサル
フィルタによる波形等化や、磁気ディスクへの書き込み
信号に対して予め補正を加えるブリコンベンセーション
と呼ばれる書き込み補償を行うといった対策が取られて
いた。

シカシ、トランスバーサルフィルタにより波形等化を行
う場合には、アナログフィルタの特性上、調整の容易性
、温度安定性及び経時安定性が劣るという問題があった
。すなわち、トランスバーサルフィルタにおいては、時
間軸方向にはディジタル的に処理されるが、振幅方向の
処理はアナログのままであるので、安定性に問題があり
また雉音の影響も受けやすい。更に、所望の特性を得る
ための乗算器もアナログ回路で構成されるため、利得の
調整及びこの利得の維持が問題となる。また、プリコン
ベンセーションについても、Ｓ／Ｎ特性が更に劣化する
という問題があるため、実際に適用するに際しては限度
があり、充分な効果を上げることができなかった。すな
わち、大きなブリコンペンセーションをかけなければな
らない記録密度で使用すると、ピークは望ましい位置に
戻ったとしても、波形干渉により再生振幅が大きく低下
し、Ｓ／Ｎ特性が劣化する。

すなわち、原波形が第５図（ａ）に示すような波形であ
り、干渉によるピークシフトが同図Ｑ））に矢印八で示
すように外側に向けて発生した場合、このピークシフト
を補正するためには、同図（Ｃ）に矢印Ｂで示すように
原波形のピークが互いに近づくように書き込み位置をず
らす、すなわち、プリコンペンセーシ欝ンをかけなけれ
ばならずよい。このブリコンペンセーシ日ンにより、同
図（６）に示すように出力波形のピークシフトは補正さ
れるが、干渉の増大により再生振幅は大幅に低下してし
まう。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの方式に対して、猪瀬博，宮川洋編「ＰＧＭ通信
の進歩」．産報出版．　１９７４年発行，第７６〜１０
０頁に示されるような、波形干渉を積極的に利用したパ
ーシャルレスポンス方式がある。また、このパーシャル
レスポンス方式で記録された信号に対する有効な復号法
として、最尤復号法の一つであるピタピ（Ｖｉｔｅｒｂ
ｉ）　　アルゴリズムが用いられており、従来のピット
バイピットの復号法に対して２〜３ｄＢの復号化利得が
得られる。しかしながら、このビタビ復号法は、情報通
信の分野では適用例があるが、ハードウェアが複雑であ
ることから、簡単な構造が必要とされる磁気ディスク．
光ディスク等への適用は困難であった。

すなわち、ビタビ復号法においては、たとえば、リアル
タイムで「生き残りパルス」の事後確率を計算し、更に
、乗算或いは対数で加算し、比較を行う必要があるため
、構成が非常に複雑となる。

上述のように、磁気ディスク，光ディスク等の記録媒体
上で高密度記録を実現するためには、上述の従来の復調
装置よりもパターンピークシフトに対するマージンが大
きな復調装置が必要となる。

また、Ｆ　Ｄ　Ｄ（ｆｌｏｐｐｙ　ｄｉｓｋ　ｄｒｉｖ
ｅ）　　といった民生品が中心となる記憶装置において
は、ノ＼−ドウェア規模が小さ《、また、その構成が簡
潔であることが不可欠である。

そこで本発明の目的は、小規模なハードウェアで、高記
録密度を行うディスク記録装置における特性のよい復調
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のディスク記録信号の復調装置は、前記目的を達
成するため、ディスク記憶媒体に記録されている記録信
号を読み出すヘッドと、該ヘッドから読み出されたアナ
ログ信号を所定のサンプリング周期でディジタル変換す
るアナログ・デイジタル変換器と、ディジタル変換され
た信号を前記サンプリング周期に同期して順次シフトす
るシフトレジスタと、記録信号に応じた最尤の１Ｘ調デ
ータが予め記録されている記憶手段と、前記シフトレジ
スタに蓄積されたデータから前記記憶手段に対するアド
レスを生成する変換手段とを具備し、前記サンプリング
周期に同期して前記変換手段により得られたアドレスに
相当する前記記憶手段の復調データを出力することを特
徴とする。

〔作用〕

本発明の作用を第１図を参照して具体的に例を挙げて説
明する。

本発明においては、たとえば、第１図（ａ）に示す入力
データに対応する再生された記録信号（同図（ハ）参照
）のピークをセルフクロックとして、記録信号に対して
整数倍の周波数で位相同期したサンプリングクロックを
たとえば位相同期発振器により生成し、このサンプリン
グクロックに従って前記記録信号をディジタル信号に変
換する。そして、このディジタル信号をサンプリング周
期に同期して同図（Ｃ）に示すようにシフトレジスタ内
を順次シフトさせることにより、２次元的な系列パター
ンを展開する。このディジタル信号の系列からパターン
マッチングにより事後確率が最大となる１ビットの復調
データを出力する。復調データは、たとえば、予めＲ　
Ｏ　Ｍ（ｒｅａｄ　ｏｎｌｙ　ｍｅａ＋ｏｒｙ）内に格
納されており、全ての可能な記録信号の波形に対し、復
調データ１ビットを中心とする元の入力ビット系列で最
も確からしいものが、重畳した雑音等の統計的性質より
選ばれている。従って、サンプリング及びアナログ・デ
ィジタル変換が充分な精度で行われた場合、本発明によ
る復調は最尤復調となる。

すなわち、本発明の復調装置は、読み出された記録信号
をディジタル変換し、このディジタル化された信号を使
用してパターンマッチングにより最允復調結果を出力す
るものである。

次に、本発明の特徴であるパターンマッチングによる復
調法の基本的な考え方を説明する。

第１図の例に示すような、１ピットの復調に必要なサン
プル点の幅は、量子化のビット数及びサンプル点数を所
定の復調精度を得るために充分大きくとったとしても、
せいぜい前後１ビットの幅である。なぜなら、復調する
１ビットの位置におけるピークの有無による読み出し波
形の変化が及ぶ範囲は、たとえば、ローレンツ型で近似
される線型及び半値幅で決まるので、サンプル点の幅、
すなわち、サンプリング領域をあまり広くしてもｔｌｊ
！１！度に寄与しないからである。

そこで、逆にこのサンプリング領域へのその前後のピー
クの寄与を考えると、これは、量子化の粗さに対して波
形干渉の影響が有意となる範囲としてもせいぜい数ビッ
トの領域である。そこで、ある１ビットを復調するため
のパターンマッチングの雛形となる波形は、復調する１
ビットに前後数ビッ｝（ｋビットとする）を加えた（２
ｋ＋１）ビットに対する全ての可能なピットパターン、
すなわち、２　２ｋ＋１個のビットパターンにより作ら
れる波形とすればよい。なお、ＭＦＭ変調では、正亀が
反転した波形を生じるため、実際の処理には、２　２１
′６２個のビットパターンが必要である。そしてこれら
２　１１ｋ″″個波形に対して仮想的にサンプリングを
行って作るｍｘｎビットのデータと、前述のシフトレジ
スタのデータとのパターンマッチングを行えばよい。

このパターンマッチングにより復調されるのは１ビット
である。すなわち、本実施例における処理方法は、１ビ
ットの復調の確度を高めるために前後の数ビットによる
波形干渉を利用するものである。

本発明においては、信号の平均位相に対するピークシフ
トの大きさに関しては、パーシャルレスポンス方式で記
録された信号に対するビタビ復調法と同様にマージンは
ない。ここで問題となるのは、第５図に関連して説明し
た波形干渉に伴う信号強度の低下によるＳ／Ｎの劣化で
ある。

従来の、ウィンドウ内におけるピーク検出による復調は
、ウィンドウマージンという制限を持つものの、低密度
におけるノイズマージンの大きさ等非常に優れた復調法
である。高密度化するとウィンドウマージンの制約に従
いノイズマージンが低下し、復調時のビット誤り率が増
大する。

このような高密度の領域で、本発明方法が従来法に対し
てビット誤り率上のメリットを持つためのサンプリング
，Ａ／Ｄ変換の条件を示すことが先ず第１の課題である
が、これには、量子化されシフトレジスタに格納された
データから、パターンマッチングにより元のビットデー
タを復調する方法の存在が前提となる。換言すれば、パ
ターンマッチング手法によって、そのために必要な量子
化条件が決まることになる。

先に述べたように、本発明方法では、最大事後確率の条
件に基づいてパターンマッチングを行う。

たとえば、磁気記録では、復調する１ビット近傍の読み
出し波形は、その前後のビットパターンとの関係で決ま
る原波形に、熱雑音，記録媒体雑音等の外乱が重畳した
ものである。すなわち、本方法は、このような外乱の統
計的性質を利用して、雉音が重畳した波形を与えた原波
形の元のビットパターンとして最尤のものを選び、復調
する１ビットの値を出力するものである。なお、ここで
は、外乱を一役化してガウス雑音として扱う。ガウス雑
音の場合、読み出し波形のサンプル値との差が最も小さ
いサンプル値を持つビットパターンを選択すればよい。

すなわち、サンプル値の距離最小が最尤条件となる。

ｎ個のサンプル点でパターンマッチングを行う場合、雑
音が各々のサンプル点で独立として扱うと、ｎ個のサン
プル値系列は、ｎ次元の直交空間の座標として扱うこと
ができる。この場合、最尤条件は、このｎ次元空間にお
ける距離最小である。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の特
徴を具体的に説明する。

第２図は本発明実施例のディスク記憶復調装置のブロッ
ク図を示す。なお、本実施例では、磁気ディスク記憶復
調装置を例に挙げて説明する。

第１図（ａ）に示される人力データに基づいて磁気ディ
スク等の記録媒体に記録された情報は、読み出しヘフド
ｌにより読み取られ、読み出し増幅器２により所定の信
号強度まで増幅された後、アナログ・ディジタル変換器
《図中Ａ／Ｄ変換器で示す》３及び位相同期発振器８に
送られる。位相同期発振器８では、第１ｙＡ（５）に示
すような読み出し波形から一旦アナログ的にピークが検
出されピーク位置でパルスが発生される。そして、更に
位相同期発振器８は、このピーク位置に発生させたパル
スの周波数の整数倍の周波数を育し、且つ、同パルスの
平均位相に同期したサンプリングクロγクＳＣが生成さ
れる。そして、このサンプリングクロックＳＣは、従来
例と同様に、読み出し波形に基づくセルフクロフクとし
てアナログ・ディジタル変換器３に供給される。なお、
位相同期発振器８には、第３図のピーク検出回路１０に
相当する回路が内蔵されているものとする。

第１図ら》に示す人力波形は、アナログ・ディジタル変
換器３にふいて、サンプリングクロックＳＣに同期して
、すなわち、ビフトレートの整数倍の周波数でサンプリ
ングされるとともに、ｍビットに量子化され、シフトレ
ジスタ４に送られる。

ここで、位相同期発振器８の応答速度が追従可能な範囲
内で充分遅いとすれば、サンプリングクロックＳＣは、
前述のピークシフトや雑音に拘わらず、第１図（ハ）に
示す読み出し波形の平均位相に同期していると見做せる
。したがって、最尤復調のための読み出し波形のパター
ンマッチングは、このクロック位置と周期に対する相対
位置のサンプル値によって行うことが可能となる。

次に、読み出し波形のデータのシフトレジスタ４への格
納について説明する。

上述のサンプリングクロックＳＣにしたがってｍビット
で量子化されたデータは、ｎ＆のシフトレジスタ４にお
いて、サンプリング毎に第２図及び第１図（Ｃ）におい
て右方向に順送りされる。したがって、シフトレジスタ
４上には、常に、ｍｘｎビットのデータが格納されてい
ることになる。

なお、第ｌ図（ｂ）の下向き矢印は、サンプリングのタ
イミング及びサンプリングされた値を示しており、図の
例では、時間軸方向の一定区間がｎ分割され、各点にお
けるサンプル値がｍビットのデータとしてシフトレジス
タ４の対応する各ピットに格納される。

そして、前述した読み出し波形（第１図（ｂ）参照）ピ
ークの平均位相の点におけるサンプル値がｎ段のシフト
レジスタ４の中央部に到ったとき、パターンマッチング
が行われる。

第１図（Ｃ）は、ｎ＝７、すなわち、７段のシフトレジ
スタ４を使用した場合の例を示しており、同図（ａ）に
示す人力データ列“１１００１００″のうち、左から２
番目の入力データ“１″を復調するタイミングにおける
シフトレジスタ４の状態を示している。

さて、ｍピットに量子化したｎ個のサンプル値系列に対
して、前記の最尤条件によるパターンマッチングを行う
。理想的には、このｍｘｎビットが取り得る全てに、す
なわち、２″Ｍ１％個に最尤復調結果を割り当てればよ
い。これは、第２図に示す回路において、シフトレジス
タ４のデータをアドレスとしてアドレス変換を通さずに
直接最尤復号テーブル６から復調結果を取り出すことに
相当する。この場合、当然、ｍ及びｎが大きい程、復調
精度が高くなることが予想される。しかし現実にハード
ウェアを構成する場合、使用できるＲＯＭ容量としては
、民生品に関しては、１Ｍビットを限度としてｍｘｎ≦
２０であることが要求される。

さて、ビット誤り率に帯する要求を満足するのに必要な
ｍｘｎの値がこれを超える場合、ランダムロジックを使
用して、ｍｘｎ（＞２０）ビットによるパターンマッチ
ングと等価な復調が可能となる範囲でＲＯＭにアクセス
するアドレスを削減する必要゛が生じる。

このアドレス削減を行うのが第２図に示すアドレス変換
・制御信号検出回路５のアドレス変換部である。アドレ
ス変換の要不要は、ｍｘｎの大きさによるが、最尤復号
テーブル６の容量は小さい方が望ましいので若干考察す
る。たとえば、ｍＸｎの値のうち、その値を採る確率が
所定のビット誤り率以下のものについては、アドレスを
割り当てる必要はないので、このような空き領域が分散
しないように、アドレスをランダムロジック等で変換し
、最終的なアドレスのビット数を最小にする等の手法が
考えられる。

アドレス変換・制御信号検出回路５のアドレス変換部は
、シフトレジスタ４の値より、記録媒体に記録されたシ
ンタフィールドの検出を行う。なお、シンクフィールド
は、復調の同期をとるためのもので、再生時に一定間隔
のパルスを発生するようなデータが書き込まれている。

このシンクフィールドの検出時には、制御回路９にシン
タフィールド検出信号が送られ、制御回路９は、位相同
期発振器８の出力のタイミングを参照しながらシンタフ
ィールド検出信号に従って、アドレス変換・制御信号検
出回路５、最尤復号テーブル６及びゲート・シリアル・
パラレル変換器７の復号タイミングを決定する。

また、アドレス変換・制御信号検出回路５は、復号タイ
ミングに同期して、シフトレジスタ４の値から最尤復号
テーブル６のアドレスを生成する。

最尤復号テーブル６はＲＯＭから構成されており、予め
１ビットの復調データが第１図（ａ）に示すような復調
データ１ビットを中心とする元の人力ビット系列中で上
記アドレスを与えうる最も確からしいものから選択され
、格納されている。ゲート・シリアル・パラレル変換器
７　（図中、ゲート・Ｓ／Ｐ変換器と示す）のゲート部
は、復号タイミングに従って復調データを取り入れ、シ
リアル／パラレル変換部は、復調データを所定のビット
数のパラレル信号に変換して出力する。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明においては、ヘッドからの
再生信号をアナログ・ディジタル変換したのちシフトレ
ジスタ内を順次シフトさせることにより、２次元的な系
列パターンを展開する。そして、記録信号に応じた最尤
の復調データが予め記録されているＲＯＭ等の記憶手役
を使用して、このディジタル信号の系列から最尤のすな
わち最も確からしい１ビットの復調データを出力する。

これにより簡単な構成で最尤復調が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のディスク記憶復調装置の作用を説明す
るための模式図、第２図は本発明実施例のディスク記憶
復調装置のブロック図、第３図は従来の磁気記録信号の
復調装置のブロック図、第４図は変調方式としてＭＦＭ
を用いた場合の同装置の動作例を示す波形図、第５図は
ピークシフト補正を説明するための波形図である。 １；読み出しヘッド　２：読み出し増幅器３：Ａ／Ｄ変
換器　　４：シフトレジスタ５　： ６　： ７　： ８　： １０　： ｌ２　： アト゛レス変換・制御信号検出回路 最尤復号テーブル ゲート・Ｓ／Ｐ変換器 位相同期発振器　９：制御回路 ピーク検出回路　ｌ１：比較器 位相同期発振器　ｌ３：復調回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ディスク記憶媒体に記録されている記録信号を読み
   出すヘッドと、該ヘッドから読み出されたアナログ信号
   を所定のサンプリング周期でディジタル変換するアナロ
   グ・ディジタル変換器と、ディジタル変換された信号を
   前記サンプリング周期に同期して順次シフトするシフト
   レジスタと、記録信号に応じた最尤の復調データが予め
   記録されている記憶手段と、前記シフトレジスタに蓄積
   されたデータから前記記憶手段に対するアドレスを生成
   する変換手段とを具備し、前記サンプリング周期に同期
   して前記変換手段により得られたアドレスに相当する前
   記記憶手段の復調データを出力することを特徴とするデ
   ィスク記録信号の復調装置。