JPH10320918A - 判定帰還形等化器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気記録再生信号の復号を行なう際、信号書き
込み及び読み込みタイミングの微少な変動や、ＭＲヘッ
ド及びＧＭＲヘッドの非線形な特性に起因する再生波形
の非線形な歪みにより、等化出力に含まれる誤差が大き
くなり、等化器の性能を劣化させるという問題が生じ
る。 【解決手段】教師信号生成器５を設け、教師信号生成器
５の入力に応じて教師信号生成器５の出力を変更し、前
方等化器１のタップ係数の補正を行なうことにより、判
定器２の出力信号の等化誤差を減少させ、信号処理回路
での誤り率を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、判定帰還形等化器
に関し、より詳しくは、磁気記録媒体を介して再生され
るコード化２進データを表わすアナログ信号を元の２進
データに復号する判定帰還形等化器に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録の記録密度は、年々高密度化の
一途をたどっている。従来ピーク検出方式が、磁気記録
再生装置において広く用いられていた。しかし、記録密
度の向上および転送速度の増加に伴って、ピーク検出方
式における１ビットを検出すべき時間幅は再生波形の半
値幅と比較し非常に大きなものとなり、信号検出の信頼
性が低下し、ピーク検出方式に代わり、信号検出の信頼
性を高めるための判定帰還形等化器が用いられるように
なった。

【０００３】判定帰還形等化器では、等化器内に設けら
れた前方等化器により、再生信号を最小位相推移を持つ
波形に変換を行なう。次に、判定器によりビット列を検
出し、ビット列による干渉を前段に帰還することにより
再生信号を識別する。判定帰還形等化器によれば、従来
のピーク検出方式に比較して、高密度な磁気記録を実現
することができるが、磁気媒体上の磁化反転間隔が非常
に狭くなり、読み込みもしくは書き込みタイミングの微
少な変動による再生波形の非線形歪みが、等化値の誤差
として検出される。

【０００４】また、記録密度の向上を図るために、記録
信号再生のための磁気信号検出ヘッドは、磁界の変化を
検出する薄膜ヘッドから、磁気抵抗ヘッド（ＭＲ（Magn
etoresistive）ヘッド）と呼ばれる磁界の変化により電
気抵抗が変化する現象を利用したヘッドの使用へと移行
しつつある。さらに、ＭＲヘッドと比較し大きな抵抗変
化性能を持つ巨大磁気抵抗ヘッド（ＧＭＲ（Giant-Magn
etoresistive）ヘッド）の適用が検討されている。とこ
ろが、ＭＲヘッドやＧＭＲヘッドでは、磁界の変化に対
する電気抵抗の変化の非線形性から、等化誤差が増大す
る。このような等化誤差の増大により等化器の復号誤り
確率は増大する。

【０００５】以上述べたごとく、読み込みもしくは書き
込みタイミングの微少な変動による再生波形の非線形歪
みや、ＭＲヘッド、ＧＭＲヘッドによる非線形歪みなど
に対応するため、干渉補正器にルックアップテーブルを
用いる判定帰還形等化器の構成法が、以下の論文で論じ
られている。

【０００６】(1)K.Fisher,J.Cioffi,W.Abbott,P.Bednar
z,and C.Melsa, "An Adaptive RAM-DFE for Storage Ch
annels",IEEE Trans. On Communications,Vol.39,No.1
1,pp.1559-1568,Nobember 1991

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】磁気記録装置におい
て、ＭＲヘッドやＧＭＲヘッドの使用により、いっそう
の面記録密度の向上を実現することができる。しかし、
すでに述べた如く、信号読み込みもしくは書き込みタイ
ミングの微少な変動や、ＭＲヘッドやＧＭＲヘッドの非
線形な特性に起因する再生波形の非線形な変動により、
等化値に含まれる誤差が大きくなり、性能の向上を阻害
してしまうという問題が生じる。さらに、判定帰還形等
化器では、等化器内の判定器で誤りが発生すると干渉補
正器から前段に誤った帰還信号が送られ、判定器におい
て連続した誤りが発生し、等化器の誤り復号率を増大さ
せるという問題がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この問題に対処するため
には、帰還信号を出力する判定器における誤り復号率を
減少させる必要がある。このために、前方等化器におい
て再生信号の非線形な歪みを補償する必要性が生じる。
先に述べた論文（1)では、ルックアップテーブルを用い
た、再生信号の非線形性を補償する判定帰還形等化回路
が提案されている。しかしながら、この論文が提案して
いる等化回路の前方等化部は線形等化器であり、判定器
での復号誤り確率を下げる効果が少ない。

【０００９】本発明は、判定帰還形方式の前方等化器に
非線形演算部を用いることにより、この問題を解決する
ことが目的で、従来の判定帰還形等化器以上の等化能力
が得られる等化器構成及び適応等化のための荷重修正手
段を提供することにある。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による判定帰還形等
化器の実施例について、図面を参照して説明する。図１
は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
本実施例は、入力信号から波形干渉を除去する前方等化
器１と、減算器２と、減算器の出力から復号結果を判定
する判定器３と、判定器３の出力によって波形干渉を除
去する干渉補正器４と、減算器の出力と判定器の出力か
ら教師信号を作成する教師信号生成部５から構成され
る。

【００１１】次に、上記実施例の判定帰還形等化器の動
作について説明する。

【００１２】磁気媒体から読み出された信号は前方等化
器１に入力され、非線形な歪みが補償される。

【００１３】図２は、上記実施例の判定帰還形等化器に
おける前方等化器１の詳細な構成を示す図である。前方
等化器１は、Ｎ個の遅延素子、Ｍ個の非線形演算部、１
個の加算器、１個の荷重設定器から構成され、入力信号
ｘ(n）の非線形な干渉を補正し、等化信号yf(n）を出力
する。前方等化器１に入力された信号は、遅延素子１１
１〜１１Ｎによって、再生信号のサンプリング周期ずつ
遅延され、非線形演算部への入力信号ｘ(n-1),ｘ(n-
2),...,ｘ(n-N）となる。非線形演算部１２１〜１２Ｍ
は、ｘ(n),ｘ(n-1),...,ｘ(n-N)を入力とし、 y1(n)〜
yM(n)を出力する（後述）。加算器１３は、 y1(n)〜 yM
(n) を入力とし、y1(n)〜 yM(n)の総和yf(n)を出力す
る。

【００１４】図３は、上記前方等化器１における非線形
演算部１２１の構成例を示す図である。荷重p0〜pN+1
は、定数1と非線形演算部１２１に入力された信号ｘ
(n),ｘ(n-1),...,ｘ(n-N)に対し乗算を行なわれる重み
で、乗算結果は加算器１２１１により総和xx(n）が求め
られ、非線形演算器１２１２に入力される。非線形演算
器１２１２は、加算器１２１１の出力xx(n)に対し非線
形演算結果xy(n)を出力する。非線形演算器１２１２
は、

【００１５】

【数１】 xy(n)=f(xx(n)) で表される入出力関係を持つ演算素子で、例えば、図４
に示すような単調増加もしくは単調減少で、微分可能な
関数を用いたものである。また非線形関数ｆ(x）のｘに
関する微分はｆ'(x)で表される。

【００１６】荷重ｐ'0及びｐ'1は、それぞれ、定数１、
非線形演算器１２１２の出力xx(n）に対し乗算を行われ
る重みで、乗算結果は加算器１２１５により総和され、
非線形演算部１２１の出力y1(n)となる。

【００１７】荷重設定器１２１６は、非線形演算部１２
１に入力された信号ｘ(n)〜ｘ(n-N)、非線形演算器１２
１２の入力xx(n)および出力xy(n)、教師信号df(n）を入
力とし、荷重設定信号a0〜aN+1、b0,b1を出力する。同
様に、荷重設定信号a0〜aN+1，b0,b1は、それぞれ、荷
重p0〜pN+1、荷重p'0、p'1に加算される。

【００１８】荷重設定信号ai（i=1,...,N+1）は、

【００１９】

【数２】 ai=uai・df(n)・p'1・f'(xx(n))・x(n-i+1) により適応的に決定される。 uaiは学習係数で、０以上
１以下の値を取る。また、荷重設定信号a0は、

【００２０】

【数３】 a0= ua0・df(n)・p'1・f'(xx(n)) により適応的に決定される。ua0は学習係数で、０以上
１以下の値を取る。

【００２１】荷重設定信号b1は、

【００２２】

【数４】 b1=ub1・df(n)・xy(n) により適応的に決定される。ub1は学習係数で、０以上
１以下の値を取る。また、荷重設定信号b0は、

【００２３】

【数５】 b0= ub0・df(n) により適応的に決定される。ub0は学習係数で、０以上
１以下の値を取る。

【００２４】また、非線形演算部１２２〜１２Ｍは、非
線形演算部１２１と同様の構成をとる。

【００２５】以上のように、前方等化器１の出力yf(n)
は、再生信号ｘ(n)の時間ｎ以前の波形干渉を補正が行
われていない信号となる。前方等化器1の出力yf(n)は、
減算器により、干渉補正器の出力を減算され、波形干渉
が除去された信号ｙ(n)となる。信号ｙ(n)は、判定器３
により、復号が行なわれ、出力信号ｚ(n）が生成され
る。 図５は、上記実施例の判定帰還形等化器における
干渉補正器３の詳細な構成を示す図である。干渉補正器
３は、Ｌ個の遅延素子、Ｌ個の荷重、１個の加算器、１
個の荷重設定器から構成され、ｚ(n）の入力履歴パター
ンに対応した干渉補正信号yb(n）を出力する。干渉補正
器４に入力された信号は、遅延素子４１１〜４１Ｌによ
って、再生信号のサンプリング周期ずつに遅延され、荷
重r1〜rLへの入力信号ｚ(n-1),ｚ(n-2),...,ｚ(n-L)と
なる。加算器４２は、 荷重r1〜rLの出力の総和yb(n)を
出力する。

【００２６】荷重設定器４３は、復号結果ｚ(n)〜ｚ(n-
L)、誤差信号ｄ(n）に対し、荷設定信号c1〜cLを出力す
る。荷重設定信号c1〜cLは、それぞれ荷重r1〜rLに加算
される。

【００２７】荷重設定信号ci（i=1,...,L）は、

【００２８】

【数６】 ci=uci・d(n)・z(n-i) により適応的に決定される。 uciは学習係数で、０以上
１以下の値を取る。

【００２９】減算器２の出力yf(N)と判定器３の出力ｚ
(n)は、教師信号生成部５内の誤差信号生成器５１に入
力される。誤差信号生成器は、減算器２の出力ｙ(n）と
判定器３の出力ｚ(n)の差分である誤差信号ｄ(n)を出力
する。教師信号生成器５２は誤差信号ｄ(n)を入力と
し、教師信号選択器５３に教師信号dp(n)を出力する。
教師信号生成器５２は、例えば、

【００３０】

【数７】

【００３１】で現される入出力関係を持つ非線形素子で
ある。また、教師信号生成器５２は、

【００３２】

【数８】

【００３３】で表されるしきい値wを与えられた非線形
関数でもよい。

【００３４】教師信号選択器５３は、教師信号dp(n）と
教師信号生成器５２の出力のいずれか一方をdf(n)を前
方等化器1に出力する。教師信号選択器５３は、定めら
れた信号数の誤差信号ｄ(n）を累積し、誤差平均を推定
する回路を備える。推定された平均値があらかじめ定め
らされた値以上の場合、教師信号選択器５３は誤差信号
ｄ(n)を教師信号df(n）として前方等化器1に出力する。
推定された誤差平均があらかじめ定められた値未満とな
った場合、教師信号選択器５３は教師信号生成器５２の
出力を教師信号df(n)として、前方等化器１に出力す
る。

【００３５】また、教師信号生成部は、２以上の教師信
号生成器を備え、教師信号選択器は全ての教師信号生成
器の出力を入力とし、誤差平均に応じて選択する教師信
号を変更するように構成してもよい。

【００３６】図６は、教師信号選択器５３がいかなる場
合も誤差信号ｄ(n)を教師信号df(n)として前方等化器１
に出力した場合の判定帰還形適応等化器の判定器入力の
頻度分布を示すものである。1,0,-1それぞれに等化され
るべき判定器入力の分布が重なり合うため、等化器の復
号精度が低い。図７は、教師信号選択器５３が出力する
入力信号を選択し、適応的に荷重が変更され、荷重設定
信号の平均値が０近傍に収束した判定帰還形適応等化器
の判定器入力の頻度分布を示す。図７の例では、教師信
号生成器５２は、（数式８）に示されている非線形素子
であり、しきい値ｗは、再生信号の孤立波形の振幅の0.
2倍と等しい値である。1,0,-1それぞれに等化されるべ
き判定器入力の分布の重なりが減少し、等化器の復号精
度が向上する。

【００３７】また、本発明の判定帰還形等化器は、図６
に示すように誤差信号生成器５１の入力に、入力信号ｘ
(n)に対応した、外部から与えられた復号結果ｚ'(n）を
用いてもよい。また、ｚ'(n)は、ｚ(n）を等化器外部に
備えた誤り訂正器により、与えられる復号誤り確率を低
減させた復号結果でもよい。

【００３８】図９(a)，(b)は本発明の判定帰還形等化器
を用いた磁気ディスク装置を示す。磁気ディスク装置内
部６はデータが書き込まれれている磁気ディスク円盤６
１、磁気ディスク円盤６１を回転させるスピンドルモー
タ６２、ディスク円盤からデータの読み出しを行うヘッ
ド６３、ヘッドを支えるアーム６４、ヘッドを移動させ
るためのボイスコイルモータ６５、ヘッドからの信号を
増幅するリードライトアンプ６６からなる。

【００３９】また、磁気ディスク装置電子回路部７は、
ホスト等の情報処理装置に接続するためのインターフェ
イス７１、インターフェイス７１の入出力を制御するイ
ンターフェイス制御回路７２、データの受け渡し及びフ
ォーマット等の制御をするハードディスクコントローラ
７３、マイコン７４、リードライトアンプ６６からの信
号を処理する上記の判定帰還形等化器を備えた信号処理
回路７５、スピンドルモータ６２を制御するためのスピ
ンドル制御回路７６、ボイスコイルモータ６５を制御す
るボイスコイルモータ制御回路７７からなる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上に説明したように、判定帰
還形等化器の前方等化器に非線形演算部を用いることに
より、従来の判定帰還形等化器の非線形な歪みによる性
能劣化を減少させ、また、判定誤りによる不適切な負帰
還信号の出力を抑制し、復号性能を向上する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例である判定帰還形等化器のブ
ロック構成図。

【図２】前方等化器のブロック構成図。

【図３】非線形演算部のブロック構成図。

【図４】非線形演算器の入出力関係の例を示す説明図。

【図５】干渉補正器のブロック構成図

【図６】本発明の他の実施例である判定帰還形等化器の
ブロック構成図。

【図７】判定器入力の頻度分布。

【図８】荷重が適応的に決定された判定帰還形等化器の
判定器入力の頻度分布。

【図９】本発明の判定帰還形等化器を用いた磁気ディス
ク装置。

【符号の説明】

１…前方等化器、 ２…減算器、 ３…判定器、
４…干渉補正器、５…教師信号生成部、５１…誤差信号
生成器、 ５２…教師信号生成器、５３…教師信号
選択器。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力アナログ信号をデジタル化した再生信
   号を適応等化する前方等化器と、前記等化された再生信
   号について復号結果を得る判定器と、前記復号された信
   号に対応して前記等化された再生信号の波形歪みを補償
   する信号を前記判定器の前段に帰還する干渉補正器と、
   前記前方等化器及び、前記干渉補正器の荷重修正を行な
   う修正手段と、前記等化された再生信号及び前記復号さ
   れた信号より誤差信号を生成する誤差信号生成器と、前
   記修正手段に教師信号を与える教師信号生成部を具備す
   る判定帰還形等化器において、前記前方等化器は、１以
   上の非線形演算部から構成された等化器であることを特
   徴とする判定帰還形等化器。
2. 【請求項２】前記誤差信号生成器は、前記等化された再
   生信号と前記判定器の出力を用いることを特徴とする請
   求項１に記載の判定帰還形等化器。
3. 【請求項３】前記復号結果に誤り訂正を行う誤り訂正器
   を具備する請求項１に記載の判定帰還形等化器におい
   て、前記誤差信号生成器は、前記等化された再生信号と
   前記誤り訂正器の出力を用いることを特徴とする判定帰
   還形等化器。
4. 【請求項４】判定帰還形等化器の入力に対応する復号結
   果を前記誤差信号生成器に入力する手段を具備する請求
   項１に記載の判定帰還形等化器において、前記誤差信号
   生成器は、前記等化された再生信号と前記判定帰還形等
   化器の入力に対応する復号結果を用いることを特徴とす
   る判定帰還形等化器。
5. 【請求項５】前記教師信号生成部は、前記誤差信号生成
   器の出力を入力とする１以上の教師信号生成器と、前記
   誤差信号生成器の出力と前記１以上の教師信号生成器の
   出力のいずれかを選択し前記教師信号生成部の出力とす
   る教師信号選択器を具備することを特徴とする請求項
   ２，３または請求項４に記載の判定帰還形等化器。
6. 【請求項６】前記１以上の教師信号生成器は、前記誤差
   信号生成器の２つの入力信号の差が前記再生信号の振幅
   の0.2倍以上となったとき前記２以上の教師信号生成部
   の１教師信号生成器の出力を前記教師信号生成部の出力
   とすることを特徴とする請求項５に記載の判定帰還形等
   化器。
7. 【請求項７】請求項５または請求項６に記載の判定帰還
   形等化器を具備し、再生信号の誤り復号率を低減させる
   ことを特徴とする信号処理回路。
8. 【請求項８】請求項７に記載の信号処理回路を具備し、
   ディスクの情報記録密度を向上させることを特徴とする
   磁気ディスク装置。