JPH11355151A - ビタビ検出器及びこれを用いたディジタル磁気記録再生装置 - Google Patents
ビタビ検出器及びこれを用いたディジタル磁気記録再生装置Info
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- JPH11355151A JPH11355151A JP16320298A JP16320298A JPH11355151A JP H11355151 A JPH11355151 A JP H11355151A JP 16320298 A JP16320298 A JP 16320298A JP 16320298 A JP16320298 A JP 16320298A JP H11355151 A JPH11355151 A JP H11355151A
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Abstract
磁気記録再生装置を提供する。 【解決手段】 最尤検出回路が、最尤復号系列と同時に
その次に確からしい第2の系列を出力し、前記2つの系
列間尤度差を求め、該尤度差を用いて信頼度を出力する
回路を有することを特徴とするビタビ検出器を用いる。 【効果】 本発明により、軟判定出力型PRML検出器
における、コンカレント系列を探索するためのトレース
バック処理が不要となり、実時間で信頼度を出力するこ
とができる。また、信頼度算出処理の過程で尤度差を逐
次比較するための比較器が不要となり、実現回路規模が
小さくなる。
Description
高密度に記録するための信号処理方式に係り、特に該方
式に用いられるビタビ検出器及びこれを用いたディジタ
ル磁気記録再生装置、該方式を用いたディジタル磁気記
録再生方法に関する。
化の要望はますます高まっており、これを支える記録再
生系の信号処理技術も高密度、高速記録に対応してき
た。記録符号では、その符号化レートRを高くし、現在
ではR=8/9が主流となっている。更に最近ではより
高レートなR=16/17記録符号も実用化され始めて
いる。また、高密度記録に伴う符号間干渉の増大による
信号対雑音比の低下に対処するために、パーシャルレス
ポンス等化方式を採用し、再生チャネルで構成される既
知の干渉を用いて、ビタビアルゴリズム(最尤系列推
定)により再生信号に最も近い信号系列を検出するPR
4ML(Partial Response Class
4 with Maximum Likelihood
Detection)が適用され、既にLSIとして磁
気ディスク製品に搭載されている。PR4ML処理部へ
の入力信号系列を0,1バイナリデータとすると、PR
4MLによって得られる信号系列間の最少2乗距離(M
SED:Minimum Squared Euclid
ean Distance)は、2であることが知られ
ている。よってPR4MLは、最尤系列推定を行わずに
磁気情報を0,1のみで判定するピーク検出方式(MS
ED=1)に比べて、雑音に対する余裕度が3dB向上
する。
るためには、MSEDをより大きくするような信号処理
技術が必要となる。これを実現する方法として、EPR
4ML(Extended PR4ML),EEPR4
ML(Extended EPR4ML)などがある。
これらは、PR4MLの考え方を拡張したものであり、
MSEDはそれぞれ4,6(バイナリ換算)になること
が知られている。またチャネル状態数は、EPR4ML
で8、EEPR4MLで16になる。
気記録再生装置の構成を示す。図において、記録側で
は、ディジタルデータとしての0,1情報系列は、記録
符号化部201により、R=8/9,16/17等の高
レート符号に変換される。記録符号は周知のように、0
の連続数を有限に抑えることで、再生部のタイミング抽
出や利得制御(図2では省略)の性能低下を防ぐことを
目的としている。記録符号化された系列は更に、プリコ
ーダ202により、1/(1+D)等を伝達関数とする
符号に変換される。ここで、Dは遅延演算子であり、遅
延時間はビット間隔に等しい。プリコーダ202によ
り、再生部ビタビ検出後の復号誤り伝播長を有限に抑え
ることができる。プリコードされた系列は、増幅器20
3、記録ヘッド204を介し、磁気記録媒体205に磁
気情報として記録される。
記録された磁気情報を、再生ヘッド206、増幅器20
7を介してアナログ電気信号に変換し、これをA/D変
換器208で、ビット間隔毎にサンプルされたディジタ
ル信号に変換する。前記ディジタル信号は、PR等化器
209により、PR4,EPR4,EEPR4等のパー
シャルレスポンスチャネルに等化される。前記PR等化
は、周知のトランスバーサルフィルタによって実現でき
る。PR等化回路の出力は、PRチャネル特性によって
定まる信号レベルに、雑音が加算されたものとなる。こ
こで、雑音は、媒体雑音や、再生側ヘッドより混入した
雑音、A/D量子化雑音であり、これらはPR等化回路
209を通ることにより、相関のある有色雑音となる。
前記雑音の加わった等化信号は、硬判定出力型PRML
検出器(ビタビ検出器)210により、最尤系列推定
(MLSE:Maximum Likelihood S
equence Estimation)がなされ、最
も確からしいバイナリデータ系列を出力する。周知のよ
うに、前記プリコーダに対する逆特性(1+D)は、ビ
タビ検出器内部でNRZI(Non Return to
Zero Inverted)として出力できるので、
ポストコーダは省略できる。前記ビタビ検出されたデー
タ系列は、記録復号化部211により、情報系列に復元
される。
では、高レート記録符号を用いるとともに、パーシャル
レスポンスとビタビ検出とを組み合せることで、再生信
号の信号対雑音比を高め、高密度記録を実現している。
録密度を高めるための信号処理方式が種々検討されてい
る。その有力方式として、SOVA(Soft−Out
put Viterbi Algorithm)がある。
これは、硬判定出力型PRML検出部210において、
最尤復号されたバイナリデータ(0,1)に加え、その
信頼度(復号結果の確からしさに関する情報)を出力
し、アナログ値としての復号結果を得る方式である。書
き込み側で予め符号化(外符号化)しておけば、読み出
し側では前記アナログ値を用いて、外符号を軟判定復号
することができる。軟判定復号は、アナログ値を信頼度
情報として利用できるため、硬判定復号に比べて誤り率
特性が向上することが知られている。
るが、実用上重要なものとして、文献[1]:ア ビタ
ビ アルゴニズム ウイズ ソフトーディシジョン アウト
プッツ アンド イツ アプリケイションズ、アイ イー
イー イー グローベコム(AViterbi Algo
rithm with Soft−Decision O
utputs and its Application
s,IEEE GLOBECOM)‘89,pp.16
80−1686,1989、文献[2]:プロデユーシ
ング ソフトーディシジョン インフォメーション アト
ザ アウトプット オブ ア クラス IV パーシャル レ
スポンス ビタビデテクター、アイ イー イーイー アイ
シー シー(Producing Soft−DEci
sion Information atthe Out
put of a Class IV Partial Re
sponse ViterbiDetector,IE
EE ICC)‘91,pp.820−824,199
1、文献[3]:ア ロウ コンプレキシテイ ソフトー
アウトプット ビタビ デコーダー アーチテクチヤー ア
イイー イー イー アイ シー シー(A Low Com
plexity Soft−Output Viterb
i Decoder Architecture,IEE
E ICC)‘93,pp.737−740,1993
がある。
いて、尤度を用いて最大事後確率(Maximum A
priori Probability,MAP)を理
論的に導出する手法を述べている。MAPアルゴリズム
は、トレリス線図上で取り得る全ての系列の送信確率を
考慮した最適なbit−by−bit復号方式である
が、演算処理が極めて複雑なため、このままでは実用化
できない。そこで同文献では、これを簡単化する手法と
して、考慮すべき系列を2つ(最尤復号系列とコンカレ
ント系列)に絞り、その尤度差を用いて信頼度を近似す
る方式、すなわちSOVAを考案している。ここでコン
カレント系列とは、ACS(Add,Compare,
Select)演算において、生き残りパスを選択する
際に棄却された方のパスをトレースバックすることで得
られる系列のことである。SOVAの復号誤り特性はM
APアルゴリズムに比べて劣化するが、処理は非常に簡
単になる。
OVAをPR4MLに適用した場合の特性改善について
検討している。ここでは推定誤り率(error pr
obability estimate)を逐次更新す
ることで信頼度を厳密に算出しており、実時間処理を前
提としていない。
VAを解析し、文献[1]と同じ結果を導出している。
ここでは更に、文献[1],[2]よりも実用的な観点
から検討を進め、尤度差のみを用いて信頼度を効率的に
算出する具体的な構成を示している。
構成を示す。これは、前記文献[3]に記述されている
ものである。図3はPR等化信号を用いて最尤復号し、
かつその信頼度を算出するための構成であり、図4は図
3における信頼度更新回路の詳細な構成である。図3に
おいて、等化信号が入力されると、加算比較選択回路3
01でACS演算が行われ、生き残りパスがトレースバ
ック回路1(302)に記憶される。トレースバック回
路1(302)では、Lビットにわたって生き残りパス
を過去に溯り、到達したパスのデータ(ここではバイポ
ーラとする)を最尤復号結果として、トレースバック回
路2(303)に出力する。トレースバック回路2(3
03)は、トレースバック回路1(302)の最尤復号
系列から更にL’ビット過去のデータまで溯ると同時
に、コンカレント系列をも探索し、両系列の尤度差WL
(k)から信頼度を算出する。ここでWL(k)は、現
時刻kにおけるレベルLの尤度差と定義する。また、レ
ベルとは遅延回路及びシフトレジスタにおける、現在時
刻を0として溯った時間のビット数である。すなわち図
3において、トレースバック回路1(302)の遅延段
数はLビット、トレースバック回路2(303)のシフ
トレジスタ長はL’ビットである。従ってパスメモリ長
はL+L’(ビット)となる。前記尤度差は、前記等化
信号を遅延回路304によりLビットだけ遅延させたも
のから両系列の尤度差を算出している。この一連の処理
は、加算選択減算回路305で行われる。加算選択減算
回路305では、前記遅延された等化信号と、前記最尤
復号系列及びコンカレント系列との信号間2乗距離をそ
れぞれの尤度として計算し、その差を出力している。前
記尤度差はシフトレジスタ306及び信頼度更新回路3
07に入力され、信頼度が逐次計算される。信頼度は次
のようにして求められる。時刻kのレベルj(j=L,
…,L+L’)において、最尤復号系列とコンカレント
系列に含まれるデータsj(k)及びs’j(k)が等し
い場合は、1時刻前に得られた信頼度Wj(k)を現時
刻kにおけるレベルjの信頼度とする。sj(k)と
s’j(k)が異なる場合は、1時刻前の信頼度W
j(k)とレベルLの値WL(k)(シフトレジスタに入
力される尤度差)のうちの小さい方を現時刻kにおける
レベルjの信頼度とする。
成を、シフトレジスタ1段分について示したものであ
る。図において、レベルj及びj+1における信頼度
は、それぞれREG(j)(401),REG(j+
1)(402)に記憶されている。EOR回路403で
はsj(k)とs’j(k)との排他的論理和が取られ、
その結果が0の場合はWj(k)をマルチプレクサ40
4よりREG(j+1)に出力し、1の場合はW
j(k)とWL(k)を比較回路405で比較し、小さい
方をマルチプレクサよりREG(j+1)(402)に
出力する。この処理をシフトレジスタ306の全段数−
1についてパラレルに行うことで、シフトレジスタ30
6出力より信頼度WL+L'(k)を得ることができる(図
3参照)。前記信頼度と、トレースバック回路2(30
3)より得られた復号出力(+1,−1)との積を乗算
器308により求めることで、軟判定出力を得る。信頼
度は一般に、0から1の範囲で正規化されるため、軟判
定出力は信頼度が高いほど1または−1に近く、信頼度
が低いほど0に近い値を取る。
SOVAを磁気記録再生装置に適用する場合、次の問題
が生じる。すなわち従来発明では、 (1)コンカレントパスを求めるためにトレースバック
処理が必要となり、実時間処理が困難である。
長−1)段分の比較回路が必要であり、回路規模が大き
い。
計算のための処理時間がL’T(秒、Tはビット間隔)
と、シフトレジスタ306の段数分かかるという問題が
ある(詳細後述)。
簡易な構成で実時間処理が可能な高密度ディジタル磁気
記録再生装置を提供することにある。
ため、軟判定出力型PRML検出器において、最尤復号
系列と同時に2番目に確からしい系列(2nd系列)を
求め、両系列に対する尤度の差を求め、これを更新する
手段を設ける。
ジスタ長にわたり前記最尤復号系列及び2nd系列の排
他的論理和を取り、これを順次シフトレジスタに記憶
し、その結果から両系列の復号データが等しい場合は
1.0、異なる場合は前記尤度差の累積値を信号間最小
2乗距離で正規化したものを信頼度とする手段を設け
る。
シフトレジスタを用いずに、上記最尤復号系列と2nd
系列の排他的論理和を取り、その結果から両系列の復号
データが等しい場合は1.0、異なる場合は中間値0.
5を信頼度とする手段を設ける。
磁気記録再生装置の実施例につき、図面を用いて説明す
る。
再生装置のシステム構成である。図において、記録側で
は、ディジタルデータとしての0,1情報系列は、記録
符号化部101により、R=16/17等の高レート符
号に変換される。記録符号は周知のように、0の連続数
を有限に抑えることで、再生部のタイミング抽出や利得
制御(図1では省略)の性能低下を防ぐことを目的とし
ている。記録符号化された系列は次に、外符号化部10
2で誤り訂正符号化がなされる。誤り訂正符号は、たた
み込み符号やハミング符号など任意の符号で実現でき
る。前記外符号化された系列は、インタリーブ回路10
3により、インタリーブ処理がなされる。これは、深さ
N(ビット)、縦N(ビット)の2面バッファメモリで
構成され、深さ方向に書き込まれたデータを縦方向に読
み出すことで実現される。インタリーブ処理を行う目的
は、読み出し側でデインタリーブ処理(インタリーブ処
理の逆変換)を行うことで信号系列をランダマイズし、
雑音の有色性に起因する相関を減らすことで等価的に雑
音を白色化し、外復号の性能を最適化するためである。
前記インタリーブされた符号系列は、プリコーダ104
により、1/(1+D)等を伝達関数とする符号に変換
される。ここで、Dは遅延演算子であり、遅延時間はビ
ット間隔に等しい。プリコードされた系列は、増幅器1
05、記録ヘッド106を介し、磁気記録媒体107に
磁気情報として記録される。
記録された磁気情報を、再生ヘッド108、増幅器10
9を介してアナログ電気信号に変換し、これをA/D変
換器110で、ビット間隔毎にサンプルされたディジタ
ル信号に変換する。前記ディジタル信号は、PR等化器
111により、PR4,EPR4,EEPR4等のパー
シャルレスポンスチャネルに等化される。前記PR等化
は、周知のトランスバーサルフィルタによって実現でき
る。PR等化器111の出力は、PRチャネル特性によ
って定まる信号レベルに、雑音が加算されたものとな
る。ここで、雑音は、媒体雑音や、再生側ヘッドより混
入した雑音、A/D量子化雑音であり、これらはPR等
化器111を通ることにより、相関のある有色雑音とな
る。前記雑音の加わった等化信号は、軟判定出力型PR
ML検出器112により、最尤系列推定(MLSE:M
aximum Likelihood Sequence
Estimation)がなされ、最も確からしいデ
ータ系列の復号結果が信頼度を含んだアナログ値(−
1.0−〜1.0)として出力される(本発明による軟
判定出力型PRML検出器の詳細な構成については後で
述べる)。
タリーブ回路113によりデインタリーブ処理がなされ
る。デインタリーブ回路113はインタリーブ処理の逆
変換回路であり、深さN(ビット)、縦N(ビット)の
2面バッファメモリで構成され、深さ方向に書き込まれ
たデータを縦方向に読み出すことで実現される。デイン
タリーブされた軟判定信号系列は外復号器114により
誤り訂正復号される。ここでは、前記軟判定信号を用い
て軟判定復号を行う。外符号がブロック符号の場合、軟
判定復号としては一般に、GMD(Generaliz
ed Minimum Distance)復号法やCh
ase復号法がよく知られている。外符号がたたみ込み
符号の場合は、軟判定ビタビ復号を行える。前記により
軟判定復号された結果はバイナリデータ系列として出力
され、記録復号器115によりもとの情報系列を復元す
る。
力型PRML検出器112の詳細な構成を示す。PR等
化器111より出力された等化信号は、LVA−PRM
L検出器501及び遅延回路502に入力される。ここ
でLVA−PRML検出器501は、リストビタビアル
ゴリズム(List Viterbi Algorith
m)を用いたビタビ検出器であり、最尤復号系列に加え
て複数個の候補系列を、尤度の高い順にパラレルに出力
する。リストビタビアルゴリズムの詳細は文献[4]:
リスト ビタビ デコーディング アルゴリズムズ ウイズ
アプリケーションズ、アイ イー イー イー トラン
ス、オン コミュニケーションズ(List Viter
bi Decoding Algorithms wit
h Applications,IEEE Trans.
on Communications)42巻,No.
2/3/4,pp.313−323,1994に記載さ
れており、磁気記録に適用可能である。ここでは最尤復
号系列(best系列)d1k-δとその次に確からしい
系列(2nd系列)d2k-δの2つを同時に出力するL
VA−PRML検出器を用いる。kは現時刻、δはLV
A−PRML検出器内パスメモリ長である。
コンカレント系列とは本質的に異なるものである。2n
d系列は、ある一定の区間(パスメモリ)内において、
最尤系列に最も近い系列である。これに対してコンカレ
ント系列は、ACS演算において生き残りパスを選択す
る際に、棄却された方のパスをトレースバックすること
で得られる系列である。従って、必ずしも最尤系列に最
も近い系列ではない。本発明では、2nd系列を用いる
ことで最も尤度的に疑わしい復号データ箇所を正確に特
定し、その箇所でのbest系列との尤度差を求めるこ
とで直ちに信頼度を得ることができる。
度計算回路502に入力される。信頼度計算回路502
は、状態遷移履歴生成回路503、PRチャネル信号生
成回路504、尤度差計算回路505、信頼度更新回路
506、及び遅延回路507で構成される。状態遷移履
歴生成回路503は、best系列及び2nd系列の各
々に対し、1時刻分の状態遷移履歴q1k-δ,q1
k-δ-1及びq2k-δ,q2k-δ-1を求める。状態遷移履
歴生々回路は、例えば図6に示す簡単な回路構成で容易
に実現できる。図6はチャネル状態数が16の場合の構
成例であり、5つの遅延素子601〜605で構成され
る。遅延素子601〜604までが状態q1k-δ及びq
2k-δ、遅延素子602〜605までが状態q1k-δ-1
及びq2k-δ-1を示す。
は、best系列及び2nd系列を用いて、理想PR等
化信号y1k-δ,y2k-δを推定するものである。PR
チャネルの伝達特性がわかっているので、例えば図7に
示す簡単な回路構成で理想信号を容易に計算できる。図
7は16状態の場合の構成例であり、C0〜C4はチャ
ネル伝達関数により定まる係数である。例えばEEPR
4チャネルの場合、C0=1,C1=2,C2=0,C
3=−2,C4=−1である。各遅延素子701〜70
4に記憶された復号データは、乗算器705〜709及
び乗算器710〜714、総和演算回路715及び71
6により、前記係数C0〜C4とたたみ込み演算され、
各々best,2nd系列に対する理想信号y1k-δ,
y2k-δを得る。
れた状態遷移履歴q1k-δ,q1k-δ-1及びq2k-δ,
q2k-δ-1、PRチャネル信号生成回路504により得
られた理想等化信号y1k-δ,y2k-δ、そして遅延回
路502によりパスメモリ長δビットだけ遅延された生
の等化信号rk-δを入力し、best,2nd系列間の
尤度差を算出する。図8にその概念と回路構成を示す。
図中概念図において、best系列と2nd系列の状態
遷移が時刻1において分岐し、時刻4で再びマージして
いるものとする。この時、尤度差が生じるのは異なる状
態に遷移している区間(時刻1から4)である。この区
間では、状態遷移履歴q1k-δ,q1k-δ-1及びq2
k-δ,q2k-δ-1において、少なくともいずれか一方の
時刻の状態が異なっている。よって、前記区間について
のみ尤度差を計算し、その累積値|ΔMi|(i=0,
1,…)をとれば、状態がマージした時点での値が信頼
度となる。一方、best,2nd系列とも同一の状態
遷移をたどる場合は、ともに等しい等化信号を出力し、
尤度差はなくなるため、累積値|ΔMi|=0とする。
換言すれば、状態遷移履歴がbest,2nd系列で等
しい場合は尤度差を計算する必要がない。図8の回路は
上記概念に基づく構成となっている。
り状態遷移履歴q1k-δとq2k-δ,及びq1k-δ-1と
q2k-δ-1を比べ、ともに等しい場合はリセット信号R
0を有効(1)にして遅絶対値出力及び遅延素子の記憶
内容を0にする。この時、比較回路801,802の出
力はともに1であり、AND回路803の出力も1とな
る。いずれか一方の状態遷移履歴が異なる場合は、異な
る方の比較回路801または802の出力が0となり、
AND回路803の出力も0になる。この時、リセット
信号R0は無効(0)となり、尤度差の累積演算が実行
される。図8において尤度差の累積演算は、等化信号r
k-δ、best,2nd系列理想等化信号y1k-δ-1,
y2k-δ-1を用いて算出される。加算器804,805
によってy1k-δ−rk-δ,y2k-δ−rk-δがそれぞ
れ計算され、乗算器806,807により各々の加算結
果の2乗が求められる。2乗された結果は更に、加算器
808によって差分が計算され、尤度差が得られる。前
記尤度差は加算器809により、遅延素子810に貯え
られていた1時刻前の値と加算され、絶対値回路811
を通った後、|ΔMk-δ|として信頼度更新回路506
に出力される。遅延素子810及び絶対値回路811
は、前記リセット信号R0により制御され、R0=1の
時、これらの値は0にリセットされる。前記尤度差累積
値|ΔMk-δ|は、前記復号データd1k-δ,d2k-δ
とともに信頼度更新回路506に入力され、信頼度L
k-δ-λが出力される。ここで、λは信頼度更新回路内
シフトレジスタ長である。
す。図において、復号データd1k-δ,d2k-δの排他
的論理和がEOR回路901で演算され、best系列
と2nd系列の復号データの比較がなされる。EOR回
路901の出力ei(i=0,1,…,λ−1)は、d
1k-δ=d2k-δの時0、d1k-δ≠d2k-δの時1で
ある。前記出力eiはシフトレジスタ902に入力され
る。ここではシフトレジスタ長λ=8(ビット)の例を
示してある。信頼度更新部903では、前記ei及び尤
度差累積値|ΔMk-δ|を用いて信頼度を更新する。信
頼度Liはレベル毎に同図に示す表に従って更新され、
その結果がシフトレジスタ904に記憶される。すなわ
ち、信頼度更新部への入力値|ΔMk-δ|=0.0の
時、ei=0ならばLi=1.0、ei=1ならばLi=
0.0とする。|ΔMk-δ|≠0.0の時、ei=0な
らばLi=1.0、ei=1ならばLi=|ΔMk-δ|/
MSED(信号間最小2乗距離で正規化)とする。ei
=0の場合は、状態遷移がbest,2nd系列間で一
致する場合もしない場合も信頼度を1.0に固定すると
いうことである。これは、best系列が2nd系列に
誤っても、復号データは実質的に誤らないためである。
ei=1の場合は、|ΔMk-δ|≠0.0の時にこの値
自身を信頼度とする。これは、eiがシフトされる毎に
累積尤度差が更新され、最終的に状態遷移履歴の異なる
区間(図8参照)のみに対する復号データの信頼度とな
るためである。従って、シフトレジスタ出力Lk-δ-λ
は、e0が1の時の最終的な信頼度となる。
t,2nd系列間の尤度が偶発的に一致した場合であ
り、信頼度は最も低い。よってこの場合はLi=0.0
とする。ただしこれは一時的なものであり、次時点での
累積尤度差に逐次更新されることは前に述べた通りであ
る。
k-δ-λはシフトレジスタ904より出力される。前記
信頼度Lk-δ-λは、図5遅延回路507によりλビッ
トだけ遅延された前記復号データd1k-δ-λと乗算器
508により乗算され、信頼度を含んだアナログ復号値
zk-δ-λとなる。アナログ復号値zk-δ-λは図1にお
けるデインタリーブ回路113に出力される。
において従来のようにビット毎の比較回路が不要であ
り、復号データをシフトする毎に、新たに入力される累
積尤度差または1.0に置換するだけでよい。これは、
本発明では軟判定出力型PRML検出器112において
LVA−PRML検出器501によりbest,2nd
系列を同時に出力しており、これらデータ系列の相違
(状態遷移履歴の相違区間)が直ちに判明するためであ
る。信頼度が低いのは前記相違区間のみであり、これ以
外はbest,2nd系列とも一致しているために復号
データの信頼性は十分高い。よって本発明では、上記相
違区間以外の全ての信頼度を1.0に固定することがで
きる。これに対して従来発明では、LVA検出を行って
いないために2nd系列を直ちに得ることができず、コ
ンカレント系列に対する尤度差を求め、逐次比較するこ
とで等価的に2nd系列に対する尤度差を探索してい
る。従ってコンカレント系列を得るためのトレースバッ
ク処理やシフトレジスタ長分の比較回路405が必要に
なり、処理遅延や回路規模が増大する。本発明では、ト
レースバック処理及び比較回路が不要である。
定出力型PRML検出器112の構成を示す。ここで
は、図5に示した第1実施例の構成を簡単化している。
図において、等化信号rkはLVA−PRML検出器1
001に入力され、先に述べたリストビタビアルゴリズ
ムに従って、best系列d1k-δ及び2nd系列d2
k -δが復号される。d1k-δ及びd2k-δは信頼度計算
回路1002に入力される。信頼度計算回路1002は
信頼度更新回路1003、乗算器1004で構成され
る。また、信頼度更新回路1003はEOR回路100
5、セレクタ回路1006のみで構成される。信頼度計
算回路1002において、信頼度更新回路に入力された
前記系列d1k-δ及びd2k-δは、EOR回路1005
で排他的論理和が演算される。前記EOR回路1005
の出力ek-δはセレクタ回路1006(図中SELと表
示)に入力され、ek-δ=0の時は1.0、ek-δ=1
の時は0.5を選択し、信頼度Lk-δとする。信頼度L
k-δは前記復号データd1k-δとの積が乗算器1004
により演算され、信頼度を含んだ復号値zk-δとなる。
復号値zk-δは図1におけるデインタリーブ回路113
に出力される。本実施例では復号値zk-δは±1.0,
±0.5のいずれかになる。LVA検出を用いているた
め、best,2nd系列が等しい時は信頼度が十分高
いと判断できるため、信頼度は1.0に固定できる。一
方、best,2nd系列が異なる時は、最尤復号結果
は尤度的に怪しいと考えられるため、信頼度を中間値
0.5に固定している。このように信頼度を固定的に出
力することで、図5第1実施例における遅延回路50
2,507や状態遷移履歴生成回路503、PRチャネ
ル信号生成回路504、尤度差計算回路505、信頼度
更新回路506内シフトレジスタが不要となり、処理が
著しく簡易化される。本実施例における前記復号値z
k-δは粗い軟判定出力であるが、これを用いて、例えば
外復号として軟判定ビタビ復号を行った場合の特性は、
第1実施例の軟判定出力を用いた場合の特性に比べて殆
ど劣化しない。
ML検出器の処理時間短縮効果を示す。図は、第1実施
例(図5)を用いた場合の処理時間を、従来発明(図
3)と比較したものである。従来発明では、信頼度計算
処理において、トレースバック(303)、加算選択減
算(305)、及び信頼度更新(307)の一連の処理
をシリアルに行わねばならず、各処理に要する時間はそ
れぞれ、α、L’T、及びβ(秒)である。ここで、
α、β<T、L’はシフトレジスタ306の段数、Tは
ビット間隔(単位:秒)である。よって、全体としての
処理時間はα+β+L’T(秒)となる。従来発明で
は、信頼度を算出するためにまず、トレースバック処理
(303)によってコンカレント系列を求める必要があ
る。その後加算選択減算処理(305)により、前記コ
ンカレント系列と最尤復号系列との尤度差を計算し、こ
れを信頼度更新処理回路307に入力する。このため、
前記一連の処理はシリアルに行われる。加えて、加算選
択減算処理(305)は、前記コンカレント系列との尤
度差を、シフトレジスタ段数L’ビットにわたり計算す
る必要があるため、その処理時間はL’T(秒)とな
る。このため従来発明では、実質的なデータレートは1
/L’T(ビット/秒)と遅く、かつ信頼度を実時間で
求めることは困難であった。
検出501により、最尤復号系列と2nd系列を同時に
出力し、これらを用いて直ちに信頼度を計算することが
できるため、従来発明のようにコンカレント系列を探索
する必要がない。このため図11に示すように、信頼度
計算(502)のために必要な一連の処理である、状態
遷移履歴生成(503)、PRチャネル信号生成(50
4)、尤度差計算(505)、及び信頼度更新(50
6)を、全てパラレルに行うことができる。よって、信
頼度を実時間で計算することができ、処理時間はT秒、
データレートは1/T(ビット/秒)となる。換言すれ
ば、本発明により、信頼度計算の処理時間を従来の約1
/L’に短縮(従来のL’倍にデータレートを高速化)
できる。L’は通常、10ビット程度以上必要であるか
ら、本発明は、従来の1/10程度以下に処理時間を短
縮(従来の10倍程度以上にデータレートを高速化)で
きる効果を有する。
が、第2実施例(図10)についてもこれと同等の処理
時間短縮効果のあることは、上記説明より明らかであ
る。
力型PRML検出器における、コンカレント系列を探索
するためのトレースバック処理が不要となり、実時間で
信頼度を出力することができる。また、信頼度算出処理
の過程で尤度差を逐次比較するための比較器が不要とな
り、実現回路規模が小さくなる。
記録が可能なディジタル磁気記録再生装置を提供でき
る。
成図である。
構成図である。
構成図である。
信頼度更新回路図である。
L検出器の構成図である。
L検出器内状態遷移履歴生成回路図である。
L検出器内PRチャネル信号生成回路図である。
L検出器内尤度差計算の概念及び実現回路図である。
L検出器内信頼度更新回路図である。
ML検出器の構成図である。
処理時間短縮効果を示す図である。
部、103・・・インタリーブ回路、104・・・プリコー
ダ、105,109,203,207・・・増幅器、10
6,204・・・記録ヘッド、107,205・・・磁気記録
媒体、108,206・・・再生ヘッド、110,208・
・・A/D変換器、111,209・・・PR等化回路、1
12・・・軟判定出力型PRML検出器、112・・・ポスト
コーダ、113・・・デインタリーブ回路、114・・・軟判
定外復号化部、115,211・・・記録復号化部、21
0・・・硬判定出力型PRML検出器、301・・・加算比較
選択回路、302・・・トレースバック回路1、303・・・
トレースバック回路2、304・・・遅延回路、305・・・
加算選択減算回路、306・・・シフトレジスタ、307・
・・信頼度更新回路、308・・・乗算器、401・・・第jレ
ベルシフトレジスタ、402・・・第(j+1)レベルシ
フトレジスタ、403・・・排他的論理和回路、404・・・
マルチプレクサ回路、405・・・比較回路、501・・・L
VA−PRML検出器、502,507・・・信頼度計算
回路、503・・・状態遷移履歴生成回路、504・・・PR
チャネル信号生成回路、505・・・尤度差計算回路、5
06・・・信頼度更新回路、508・・・乗算器、601〜6
05,701〜704・・・遅延素子、705〜714・・・
乗算器、715,716・・・総和演算回路、801,8
02・・・比較回路、803・・・AND回路、804,80
5,808・・・加算器、806,807,809・・・乗算
器、810・・・遅延素子、811・・・絶対値回路、901
・・・排他的論理和回路、902,904・・・シフトレジス
タ、903・・・信頼度更新部、1001・・・LVA−PR
ML検出器、1002・・・信頼度計算回路、1003・・・
信頼度更新回路、1004・・・乗算器、1005・・・排他
的論理和回路、1006・・・セレクタ回路。
Claims (24)
- 【請求項1】最尤検出回路が、最尤復号系列と同時にそ
の次に確からしい第2の系列を出力し、前記2つの系列
間尤度差を求め、該尤度差を用いて信頼度を出力する回
路を有することを特徴とするビタビ検出器。 - 【請求項2】リストビタビアルゴリズムにより最尤復号
系列と同時にその次に確からしい第2の系列を出力する
回路を有することを特徴とする請求項1記載のビタビ検
出器。 - 【請求項3】前記最尤復号系列と同時にその次に確から
しい第2の系列からそれぞれの状態遷移履歴及び理想等
化信号を生成し、前記状態遷移履歴及び理想等化信号と
パーシャルレスポンス等化して得られた信号を遅延させ
た信号から、前記2つの復号系列間尤度差を計算する回
路を有し、前記尤度差を用いて信頼度を出力する回路を
有することを特徴とする請求項1記載のビタビ検出器。 - 【請求項4】前記復号系列間尤度差を計算する回路が、
前記2つの復号系列が同一の状態遷移履歴をたどる場合
は、計算を行わずに尤度差を0とし、チャネル状態遷移
履歴が異なる場合に尤度差を計算し、該尤度差の累積値
を算出する回路を有することを特徴とする請求項3記載
のビタビ検出器。 - 【請求項5】前記信頼度を出力する回路が、前記2つの
復号系列の排他的論理和を演算し、該演算結果を第1の
シフトレジスタに入力し、該演算値によって、第2のシ
フトレジスタに記憶された、各レベルでの信頼度を前記
請求項4記載の累積尤度差、または1.0に置換し、該
第2シフトレジスタの出力が最終的な信頼度となるよう
に更新する回路を有することを特徴とする請求項3記載
のビタビ検出器。 - 【請求項6】前記信頼度を出力する回路が、前記排他的
論理和の演算値が0の場合は信頼度を1.0、前記演算
値が1の場合は、前記累積尤度差が0の時信頼度を0.
0、前記累積尤度差が0でない時、該累積尤度差を信号
間最小2乗距離で正規化したものを信頼度とする回路を
有することを特徴とする請求項5記載のビタビ検出器。 - 【請求項7】前記最尤検出を行う回路が、前記2つの復
号系列の排他的論理和を演算し、演算結果が0の時信頼
度を1.0、1の時信頼度を中間値0.5に設定する回
路を有することを特徴とする請求項1または2記載のビ
タビ検出器。 - 【請求項8】前記信頼度を出力する回路を、単一ビット
間隔T(秒)以内の実時間で処理する回路を有すること
を特徴とする請求項1から7までのいずれかに記載のビ
タビ検出器。 - 【請求項9】記録符号化回路と、記録ヘッドと、磁気記
録媒体と、再生ヘッドと、最尤検出回路と、記録復号化
回路を有し、前記記録符号化回路からのディジタルデー
タの信号を前記記録ヘッドを用いて前記磁気記録媒体に
記録する記録側回路と、前記再生ヘッドを用いて前記磁
気記録媒体から読み出した信号を前記最尤検出回路と、
前記記録復号化回路に送り上記信号を再生する再生側回
路とを有する装置の、前記最尤検出回路が最尤復号系列
と同時にその次に確からしい第2の系列を出力し、前記
2つの系列間尤度差を求め、前記尤度差を用いて信頼度
を出力するビタビ検出器であることを特徴とするディジ
タル磁気記録再生装置。 - 【請求項10】リストビタビアルゴリズムにより最尤復
号系列と同時にその次に確からしい第2の系列を出力す
る回路を有することを特徴とする請求項9記載のディジ
タル磁気記録再生装置。 - 【請求項11】前記最尤復号系列と同時にその次に確か
らしい第2の系列からそれぞれの状態遷移履歴及び理想
等化信号を生成し、前記状態遷移履歴及び理想等化信号
とパーシャルレスポンス等化して得られた信号を遅延さ
せた信号から、前記2つの復号系列間尤度差を計算する
回路を有し、前記尤度差を用いて信頼度を出力する回路
を有することを特徴とする請求項9記載のディジタル磁
気記録再生装置。 - 【請求項12】前記復号系列間尤度差を計算する回路
が、前記2つの復号系列が同一の状態遷移履歴をたどる
場合は、計算を行わずに尤度差を0とし、チャネル状態
遷移履歴が異なる場合に尤度差を計算し、該尤度差の累
積値を算出する回路を有することを特徴とする請求項1
1記載のディジタル磁気記録再生装置。 - 【請求項13】前記信頼度を出力する回路が、前記2つ
の復号系列の排他的論理和を演算し、該演算結果を第1
のシフトレジスタに入力し、該演算値によって、第2の
シフトレジスタに記憶された、各レベルでの信頼度を前
記請求項4記載の累積尤度差、または1.0に置換し、
該第2シフトレジスタの出力が最終的な信頼度となるよ
うに更新する回路を有することを特徴とする請求項11
記載のディジタル磁気記録再生装置。 - 【請求項14】前記信頼度を出力する回路が、前記排他
的論理和の演算値が0の場合は信頼度を1.0、前記演
算値が1の場合は、前記累積尤度差が0の時信頼度を
0.0、前記累積尤度差が0でない時、該累積尤度差を
信号間最小2乗距離で正規化したものを信頼度とする回
路を有することを特徴とする請求項13記載のディジタ
ル磁気記録再生装置。 - 【請求項15】前記最尤検出を行う回路が、前記2つの
復号系列の排他的論理和を演算し、演算結果が0の時信
頼度を1.0、1の時信頼度を中間値0.5に設定する
回路を有することを特徴とする請求項9または10記載
のディジタル磁気記録再生装置。 - 【請求項16】前記信頼度を出力する回路を、単一ビッ
ト間隔T(秒)以内の実時間で処理する回路を有するこ
とを特徴とする請求項9から15までのいずれかに記載
のディジタル磁気記録再生装置。 - 【請求項17】ディジタルデータの信号を記録符号化し
て磁気記録媒体に記録し、該磁気記録媒体から読み出し
た信号を最尤検出、記録復号化して前記ディジタルデー
タの信号を再生する方法の、前記最尤検出が最尤復号系
列と同時にその次に確からしい第2の系列を出力し、前
記2つの系列間尤度差を求め、前記尤度差を用いて信頼
度を出力することを特徴とするディジタル磁気記録再生
方法。 - 【請求項18】リストビタビアルゴリズムにより最尤復
号系列と同時にその次に確からしい第2の系列を出力す
ることを特徴とする請求項17記載のディジタル磁気記
録再生方法。 - 【請求項19】前記最尤復号系列と同時にその次に確か
らしい第2の系列からそれぞれの状態遷移履歴及び理想
等化信号を生成し、前記状態遷移履歴及び理想等化信号
と前記パーシャルレスポンス等化して得られた信号を遅
延させた信号から、前記2つの復号系列間尤度差を計算
し、前記尤度差を用いて信頼度を出力することを特徴と
する請求項17記載のディジタル磁気記録再生方法。 - 【請求項20】前記復号系列間尤度差を計算する方法
が、前記2つの復号系列が同一の状態遷移履歴をたどる
場合は、計算を行わずに尤度差を0とし、前記チャネル
状態遷移履歴が異なる場合に尤度差を計算し、該尤度差
の累積値を算出することを特徴とする請求項19記載の
ディジタル磁気記録再生方法。 - 【請求項21】前記信頼度を出力する方法が、前記2つ
の復号系列の排他的論理和を演算し、該演算結果を第1
のシフトレジスタに入力し、該演算値によって、第2の
シフトレジスタに記憶された、各レベルでの信頼度を前
記請求項20記載の累積尤度差、または1.0に置換
し、該第2シフトレジスタの出力が最終的な信頼度とな
るように更新することを特徴とする請求項19記載のデ
ィジタル磁気記録再生方法。 - 【請求項22】前記信頼度を出力する方法が、前記排他
的論理和の演算値が0の場合は信頼度を1.0、前記演
算値が1の場合は、前記累積尤度差が0の時信頼度を
0.0、前記累積尤度差が0でない時、該累積尤度差を
信号間最小2乗距離で正規化したものを信頼度とするこ
とを特徴とする請求項21記載のディジタル磁気記録再
生方法。 - 【請求項23】前記最尤検出を行う方法が、前記2つの
復号系列の排他的論理和を演算し、演算結果が0の時信
頼度を1.0、1の時信頼度を中間値0.5に設定する
ことを特徴とする請求項17または18記載のディジタ
ル磁気記録再生方法。 - 【請求項24】前記信頼度を出力する方法を、単一ビッ
ト間隔T(秒)以内の実時間で処理することを特徴とす
る請求項17から23までのいずれかに記載のディジタ
ル磁気記録再生方法。
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JP16320298A JP3653391B2 (ja) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | ビタビ検出器及びこれを用いたディジタル磁気記録再生装置 |
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JPH11355151A true JPH11355151A (ja) | 1999-12-24 |
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-
1998
- 1998-06-11 JP JP16320298A patent/JP3653391B2/ja not_active Expired - Fee Related
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