JPH0584099B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

Ａ 産業上の利用分野 本発明は、最尤順序検出を用いて、入力制限パ
ーシヤル・レスポンス・チヤネルを介して２進デ
イジタル・データを伝送する技術に関する。具体
的には、入力制限パーシヤル・レスポンス（１＋
Ｄ）及び（１＋Ｄ）²チヤネルに対してトレリス・
コードを利用するコード化技法に関する。 Ｂ 従来技術及び発明が解決しようとする問題点 1986年６月13日出願の米国特許出願06／874041
号には、光記憶に適した非対称ランレングス制限
（RLL）コードが記載されている。しかし、この
コードは、コード化利得をもたらさない。それに
は、２個以上の連続したNRZ1ビツトが必要であ
るが、NRZ0ビツトの数に制限はない。 米国特許第4413251号は、コード化率が２／３
のスライデイング・ブロツク（１，７）RLLコ
ードを生成する方法を開示している。しかし、
（１＋Ｄ）パーシヤル・レスポンス・チヤネルに
対しては、この方法はコード化利得をもたらさな
い。（１＋Ｄ）²チヤネルに対しては、この方法は
1.8dBのコード化利得しかもたらさない。このコ
ードは、２ビツトの非制約データを３ビツトの制
約データにマツプする順次方式によつて生成され
る。 既存の非対称RLLコード及びRLL（１，７）コ
ードに関する入力制限（１＋Ｄ）及び（１＋Ｄ）²
チヤネルに対して、非正規化時には少なくとも
3dB、正規化時には少なくとも2.2dBのコード化
利得をもたらす、光記録に特に適したコード化技
術が求められている。 Ｃ 問題点を解決するための手段 本発明によると、特に光記憶の応用分野に適し
た、それぞれクラス１及びクラス２と呼ばれる入
力制限２進（１＋Ｄ）及び（１＋Ｄ）²パーシヤ
ル・レスポンス・チヤネルの信頼性を向上させ
る、２進記号列をコード化する方法が記載され
る。この方法は、入力列を、記号１のランレング
スが偶数で、記号０のラングレスまたは持続時間
は任意であるという制約条件に合致した２進コー
ド列にコード化することを含んでいる。光記録の
応用分野では、偶数個の記号間隔の長さをもつ書
込みマーク（記号１）に対応する。本明細書で
は、これを、偶数マーク変調（EMM）と呼ぶ。
EMM信号は、クラス１（１＋Ｄ）またはクラス
２（１＋Ｄ）²の特定のパーシヤル・レスポンス・
チヤネルに適応させた最尤検出器で検出される。
これらの検出器は、上記のEMM信号処理の制約
条件を実施する任意のコードと一緒に使用でき
る。 このコードは、コード化率が2/3であることが
好ましい。このコードは、またタイミング及び利
得制御の目的から、連続するゼロ・チヤネル出力
値の最大ランを制限することが好ましい。このコ
ードは、また最悪時検出器性能をもたらすEMM
シーケンスを不要にする。 （１＋Ｄ）パーシヤル・レスポンス・チヤネル
に対しては、検出器の好ましい実施例は、３状態
トレリス構造に基づく最尤アルゴリズムを使用す
る。（１＋Ｄ）²パーシヤル・レスポンス・チヤネ
ルに対しては、検出器の好ましい実施例は、５状
態トレリス構造に基づく最尤アルゴリズムを使用
する。これらのアルゴリズムはどちらも、適切な
差距離計算を組み込むことにより、距離の再生規
化を不要にする。 Ｄ 実施例 本発明を具体化した偶数マーク変調（EMM）
と呼ばれる変調・コード化技術は、パーシヤル・
レスポンス・クラス１（１＋Ｄ）またはクラス２
（１＋Ｄ）²信号処理を利用する光記録チヤネルの
性能を向上させ、記録されたマークとマーク間隔
の間の固有の非対称性を活用する。 第１図を参照すると、２進記号列などの形の入
力データが、バス１０からEMM符合器（８状態
符合器）１１に送られる。符合器１１は、入力制
限パーシヤル・レスポンス・チヤネル１２への入
力となる２進コード記号列を発生する。この２進
コード列は、下記で定義するEMM制約条件を満
足する。チヤネル出力列は、パーシヤル・レスポ
ンス・チヤネル１２によつて発生され、EMM検
出器１３によつてチヤネル出力で検出される。こ
の検出器は、チヤネル出力列から最確EMM列を
計算する。検出器１３は、EMM制約条件を追跡
してバス１０を介して供給される元の送信データ
列の最尤推定値（または最尤EMM列）を発生さ
せることにより、計算及びハードウエア上の要件
を軽減させる。次に、復号器１４が、検出された
列から、バス１５にEMMコード出力データを生
成する。復号器１４は、ウインドウ・サイズが10
コード・ビツトのスライデイング・ブロツク型検
出器であり、最高エラー伝播のユーザ・ビツトが
８ビツトより小さい。 EMM技術は、第２図に示す入力列の使用に基
づくもので、下記のEMM制約条件を満たす。す
なわち、書込みマーク（NRZ記号「１」）は１個
または複数の対になつていなければならないが、
スペース（NRZ記号「０」）は対になつている必
要はない。このEMM制約条件は、光記録に特に
適したパーシヤル・レスポンス・チヤネルの入力
制約条件を満たすのに必要な、非対称NRZ（d′，
k′）−（e′，m′）＝（１，∞）−（２，∞）という
制約
条件の特別な部分集合である。 本出願人等のマーク変調技術は、連続する奇数
個の記号「１」がある場合、または記号１のラン
が連続するｎ個の要素（ｎは奇数）からなる場合
あるいはその両方の場合にはコード化利得をもた
らさない。そのため、この技術は偶数マーク変調
と呼ばれる。 （１＋Ｄ）チヤネル上のEMM信号の最尤列推
定のために検出器１３で使用されるビテルビ
（Viterbi）復号アルゴリズムは、第３図に示す３
状態トレリス図に基づいている。（１＋Ｄ）²アル
ゴリズムには、第４図に示す５状態トレリスが必
要である。これらの図は、EMM制約条件の「高
次ブロツク」表示から得られる。次に（１＋Ｄ）
及び（１＋Ｄ）²チヤネルのEMMビテルビ復号ア
ルゴリズムの有界「差距離」の定式化の詳細につ
いて説明する。 本発明によると、本出願人等の独自なEMMビ
テルビ復号技術の使用により、上記に引用した従
来技術で開示されている変調方法と比べて、入力
制限（１＋Ｄ）及び（１＋Ｄ）²チヤネルのコード
化利得がかなり増大する。コード化利得がコード
率に関して正規化されてもされなくても、性能の
かなりの向上が実現される。このコード化利得の
向上は、後で説明するように、有効EMM列間の
自由ユークリツド空間距離を増大させることによ
つて実現される。NRZI制約条件（ｄ，ｋ）−
（ｅ，ｍ）＝（０，７）−（１，11）に対応する非対
称NRZ制約条件（d′，k′）−（e′，m′）＝（１，８
）
−（２，12）を満足する、コード化率が２／３の
EMMスライデイング・ブロツク・コードを開示
する。２／３というEMMコードのコード化率
は、EMMの最高変調率にほぼ等しい（すなわ
ち、Ｃ≒0.694）ので、96％以上の効率が得られ
る。コード化率が２／３のEMMコードは、（１
＋Ｄ）及び（１＋Ｄ）²チヤネルに関して完全な
EMM制約条件と同じ自由距離をもつ。 第３図に示す（１＋Ｄ）チヤネルに関する
EMMに対するトレリスを用いる場合、自由距離
はd² _free＝４であるが、非コード化（１＋Ｄ）チヤ
ネルの自由距離はd² _free＝２である。やはり、この
４の距離を実現するEMM最悪経路の例は、以下
の通りである。

【表】 したがつて、この（１＋Ｄ）チヤネルに対する
自由距離の増大は、コード化率の損失に対する正
規化を行なつていない、下記のコード化利得を表
わす。 CG＝10log₁₀（４／２）≒3.0dB それと対照的に、従来技術の非対称ラン長さ制
限条件を組み込んだ、コード化率が４／５の非対
称コードに関して正規化したときでさえ、コード
化率２／３のEMMコードを用いるコード化利得
は、なお次の値になる。 ACG＝10log₁₀（５／６）（４／２）≒2.2dB （この正規化コード化利得は、自由距離を、コ
ード化率を反映する量、すなわち、図のように、
２／３を４／５で割つて得られる５／６の率だけ
減らすことによつて計算される。） 他方、本出願人等のコード化率が２／３の
EMMコードを、（１＋Ｄ）チヤネルに対する従
来技術のコード化率が２／３の（１，７）コード
と比較すると、望ましいコード化利得は、次のよ
うになる。 CG＝10log₁₀（４／２）≒3.0dB （どちらのコードのコード化率も２／３なの
で、（１，７）コードに関するコード化率損失は
ないことに留意されたい。） 次に、（１＋Ｄ）²チヤネルに関しても同様に、
本出願人等のEMM技術を用いて、コード化利得
の向上が実現されることを示す。 第４図に示す、（１＋Ｄ）²チヤネルに関する
EMMに対するトレリスを用いる場合、自由距離
は、d² _free＝10であるが、非コード化（１＋Ｄ）²チ
ヤネルの自由距離は４である。やはりこの10の距
離を実現するEMMの最悪経路の例は、以下の通
りである。

【表】 したがつて、この（１＋Ｄ）²チヤネルに対する
自由距離の増大は、コード化率の損失に対する正
規化を行なつていない、下記のコード化利得を表
わす。 CG＝10log₁₀10／４≒4.0dB 正規化したときでさえ、上記と同様に計算した
EMMコード化利得は、なお次の値になる。 ACG＝10log₁₀（５／６）（10／４）≒3.2dB 一方、本出願人等のコード化率が２／３の
EMMコードを、（１＋Ｄ）²チヤネルに対する従
来技術のコード化率が２／３の（１，７）コード
と比較すると、（１，７）コードの、（１＋Ｄ）²チ
ヤネルでは、自由距離は６なので、コード化利得
は下記の値に減少する。 CG＝10log₁₀10／６≒2.2dB この場合も両方のコード化率が同じなので、コ
ード化率の損失はない。 （１＋Ｄ）チヤネルに関するEMM用のビテルビ
検出器 本発明の１実施例によると、検出器１３は、
（１＋Ｄ）チヤネル上のEMM用の差距離ビテル
ビ復号アルゴリズムを具体化したものである。差
距離の大きさに対する計算された境界に基づい
て、再正規化が不必要な復号器を実施することが
望ましい。 第５図は、ビテルビ復号アルゴリズムが動作す
る３状態トレリスを示す。（１＋Ｄ）チヤネル出
力記号は、ｚ＝ｙ−１と設定することにより、
｛0.1.2｝から｛−１，０，１｝に正規化されてい
る。 最適の経路拡張を決定するには、残存差距離
DJ_o（２，１）とDJ_o（３，１）だけを記録すれば
よい。４つの潜在的経路拡張ケースのうちで、３
つだけが実際に起こり得る。これらの経路拡張、
ならびにその選択を支配する対応する差距離条
件、及びその結果発生する差距離の更新を下記の
表１に示す。条件は、不等式の形で表される。 P_o＝DJ_o-1（３，１）−2Z_o この値は、ステツプｎ−１での差距離の値
DJ_o-1（３，１）と、時間ｎにおける正規化チヤ
ネル出力サンプルZnだけに依存する。

【表】 上記の出力サンプル正規化では、デイジタル化
された信号サンプルは、範囲［−Ａ，Ａ］に含ま
れると仮定できる。次に周知の方法で量DJ_o（２，
１）とDJ_o（３，１）の境界を求める。 −2A−１≦DJ_o（２，１）≦2A＋１ −6A−１≦DJ_o（３，１）≦6A＋１ たとえば、Ａ＝４の場合、境界はDJ_o（２，１）
ε［−９，９］とDJ_o（３，１）ε［−25，25］で
ある。理想的なサンプル値の間にＬ＝2^r個の量子
化レベルがある場合、差距離を記憶するのに、せ
いぜい５＋ｒ個の絶対値ビツトと１個の符号ビツ
トがあればよい。コンピユータ・シミユレーシヨ
ンにより、これが距離を保持するのに十分な最小
ビツト数でもあることが確認される。 （１＋Ｄ）²チヤネルに関するEMM用のビテルビ
検出器 本発明の別の実施例によると、検出器１３は、
（１＋Ｄ）²チヤネル上のEMM用の差距離ビテル
ビ復号アルゴリズムを具体化したものである。同
様に差距離の大きさに対する計算された境界に基
づいて、再正規化が不必要な復号器を実施するこ
とが望ましい。 第６図は、ビテルビ復号アルゴリズムが動作す
る５状態トレリスを示す、（１＋Ｄ）²出力記号は、
ｚ＝ｙ−２と設定することにより｛０，１，２，
３，４｝から｛−２，−１，０，１，２｝に正規
化されている。 最適の経路拡張を決定するには、残存差距離、
DJ_o（３，１）、DJ_o（５，２）、DJ_o（４，１）及び
DJ_o（３，２）だけを記録すればよい。８つの潜
在的経路拡張事例のうちで、６つだけが実際に起
こり得る。これらの経路拡張、ならびにその選択
を支配する対応する差距離条件を下記の表２に示
す。差距離の更新は、表３に示す。条件は下記の
不等式の形で表さわれる。 P_o＝DJ_o-1（３，１）−2z_oandq_o＝DJ_o-1（５，
２）−2z_o この値は、ステツプｎ−１での差距離値DJ_o-1
（３，１）とDJ_o-1（５，２）と、正規化チヤネル
出力サンプルz_oだけに依存する。

【表】

【表】

【表】 上記の出力サンプル正規化では、デイジタル化
された信号サンプルは、範囲［−Ａ，Ａ］に含ま
れると仮定できる。やはり、先に（１＋Ｄ）チヤ
ネルに関連して説明した方法で、量DJ_o（３，
１）、DJ_o（５，２）、DJ_o（３，２）及びDJ_o（４，
１）に基づく距離を求める。 −14A−９≦DJ_o（３，１）≦14A＋３ −14A−３≦DJ_o（５，２）≦14A＋９ −12A−６≦DJ_o（３，２）≦12A＋６ −8A−６≦DJ_o（４，１）≦ 8A＋６ たとえば、Ａ＝４の場合、境界は次のようにな
る。 DJ_o（３，１）ε［−65，59］， DJ_o（５，２）ε［−59，65］， DJ_o（３，２）ε［−54，54］， DJ_o（４，１）ε［−38，38］， したがつて、理想的なサンプル値の間にＬ＝2^r
の量子化レベルがある場合、差距離を記憶するの
に７＋ｒ個の絶対値ビツトと１個の符号ビツトで
十分である。コンピユータ・シミユレータによ
り、わずかDJ（５，２）≒55.2の最大距離値が得
られるので、境界を改善し、絶対値ビツトの必要
数を１つ減らすことが可能である。 すべて１で終了するEMM列の対は、非有界数
の記号にわたつてゼロ追加ユークリツド距離を生
成する。したがつて、これらの別は、検査処理中
に性能の低下を生じやすい。したがつて、最悪性
能をもたらすEMM列を除去するため、１の最大
ランに対する制約条件をもつEMMコードを、設
計した。 また、長い０の連続列を含むEMM列は、クラ
ス１とクラス２のパーシヤル・レスポンス・チヤ
ネル上でゼロ出力サンプルの対応する長い連続列
を生成する。これらの列は、タイミング回復及び
利得制御のエラーを生成しやすい。したがつて、
タイミング回復と利得制御を低下させるEMM列
を除去するため、０の最大数に対する拘束条件を
もつEMMコードを設計した。 １と０の最大連続列に対するこうした拘束条件
を表４に具体的に示す。表４は、非対称ランレン
グス制限（ARLL）NRZ拘束条件（d′，k′）−
（e′，m′）＝（１，８）−（２，12）をもつコード化
率が２／３のEMMコードのエンコーダ表であ
る。この有限状態エンコーダは８つの状態をも
つ。この表の項目は、c₁c₂c₃／t₁t₂t₃の形である。
ただし、c₁c₂c₃は生成されたコードワード、t₁t₂t₃
は次のエンコーダ状態である。表４に示すよう
に、ARLL拘束条件は、任意のEMMコード列中
の１の連続列を最高６つの連続する１の対に制限
し、任意のEMMコード列中の０の連続列を最高
８つの連続する０に制限する。

【表】 出力コードワードc₁c₂c₃と次状態t₁t₂t₃のブール
論理方程式は以下の通りである。 出力コードワードc₁c₂c₃ c₁＝₁s_{1 2}＋b₁（₃＋₁＋s₂）＋b_{1 2}s₃（s₁＋
ｓ₂）＋b₁b₂s_{1 2}s₃ c₂＝₁（s_{1 2}s₃＋_{1 2 3}）＋b₁（_{1 3}＋₁
s₂＋s_{2 3}） ＋b_{1 2}（s₁s₂s₃＋_{1 2 3}）＋b₁b_{2 2}s₃ c₃＝₁（_{1 2}＋₁s₃＋₂s₃）＋b₁（s_{1 3}＋s₂
ｓ₃＋₁s₂） ＋b_{1 2}s₁s₂s₃＋b₁b_{2 2}s₃ 次状態t₁t₂t₃ 中間関数 Ｅ＝s₁＋₂＋₃ Ｆ＝₂（₁＋s₃） 次状態関数 t₁＝₁s₃＋b_{1 2}＋b₁b₂（s₁s₂s₃＋_{1 2 3}） t₂＝₁b_{2 3}＋b_{1 2 2}s₃＋b₁b₂（₂s₃＋s₁s₃） t₃＝₁b₂＋b₁b₂（₃＋s_{1 2}＋₁₂） コード化率が２／３のEMMコードは、ルツ
ク・バツク１ビツトとルツク・アヘツド６ビツト
を含む10個のコード・ビツトからなる復号ウイン
ドーを必要とする、スライデイング・ブロツク復
号器をもつ。したがつて、復号化されたビツトb₁
とb₂は、ルツク・バツク・ビツトc₀、現在のコー
ドワードc₁c₂c₃及びルツクアヘツド・コードワー
ドc₄c₅c₆とc₇c₈c₉の関数である。 復号データb₁b₂ 中間関数 Ｇ＝c₄c₅c₆＋_{4 5 6} Ｈ＝c₇c₈c₉＋_{7 8 9} データ関数 b₁＝（c₀（c₁＋c₂＋₃）＋₀（c₁＋c₂））Ｇ＋c₁c₄
ｃ₅＋c₁（c_{2 3}＋₂c₃） b₂＝_{4 5}c₆＋（₁＋c₃）Ｇ＋（₁＋c₃）（₄＋
c₅＋₆）Ｈ＋（₄＋₆） （c₄＋c₅＋c₆）Ｈ Ｅ 発明の効果 本発明のコード化方法は、コード化利得が向上
し、高密度光記録に適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるトレリス・コード化技
術を利用する記録システムの構成図である。第２
図は、EMM入力列の状態図である。第３図は、
クラス１の（１＋Ｄ）パーシヤル・レスポンス・
チヤネルに関するEMMの検出器トレリス図であ
る。第４図は、クラス２の（１＋Ｄ）²パーシヤ
ル・レスポンス・チヤネルに関するEMMの検出
器トレリス図である。第５図は、（１＋Ｄ）パー
シヤル・レスポンス・チヤネルに関するEMMの
正規化検出器トレリス図である。第６図は、（１
＋Ｄ）²パーシヤル・レスポンス・チヤネルに関す
るEMMの正規化検出器トレリス図である。 １０……バス、１１……EMM符合器、１２…
…入力制限パーシヤル・レスポンス・チヤネル、
１３……EMM検出器、１４……EMM復号器、
１５……バス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２つ連続する一方の状態の信号を
   必要とする２進（１＋Ｄ）または（１＋Ｄ）²チヤ
   ネルへの入力データ列を受け取り、一方の状態の
   信号はすべて対になる必要がありかつ他方の状態
   の信号は対になる必要はないという偶数マーク変
   調制約条件に従つて、上記入力データ列を出力デ
   ータ列に変換するコード化方法。 ２ 上記一方の状態の信号が連続する数及び上記
   他方の状態の信号が連続する数をそれぞれ制限し
   ている特許請求の範囲第１項記載のコード化方
   法。