KR0157441B1 - 디지탈 신호의 자기기록 재생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지탈 신호의 자기기록 재생장치에 관한 것으로, 입력된 M비트의 데이터를 m+1비트의 데이터로 부호화하는 컨볼류쇼날 엔코더와, 상기 컨볼류쇼날 엔코더로부터의 부호화된 m+1비트의 데이터를 I채널 및 Q채널의 이차원으로 분리하면서 레벨변환시키는 시그날 매퍼와, 상기 시그날 매퍼로부터의 이차원의 레벨을 위상이 90°다르게 하면서 진폭을 얼마간 커지게하는 변조기와, 상기 변조기로부터의 변조된 신호가 바이어스신호 발생기로부터의 AC바이어스신호와 혼합되도록 하는 혼합기와, 상기 혼합기로부터의 혼합된 신호를 증폭시켜 헤드에 의해 테이프에 기록되도록 하는 증폭기와, 상기 테이프로부터 헤드에 의해 읽혀진 신호를 증폭하는 증폭기와, 상기 증폭기에 의해 증폭된 신호의 주파수열화 및 왜곡을 보정하는 등화기와, 상기 등화기를 경유한 신호를 복조하는 복조기와, 상기 복조기를 경유한 신호를 2개의 계단형 파형으로 바꾸는 두 양자기와, 상기 두 양자기로부터의 계단형 파형을 복토하여 출력하는 비터비 디코우더들로 구성함으로써 코딩게인과 에러정정능력을 향상시키고 고밀도 기록이 가능하도록 한 것이다.

Description

디지탈 신호의 자기기록 재생장치

제1도는 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 블록도.

제2도는 본 발명의 TCM 엔코더의 상세 블록도.

제3도의 (a)와 (b)는 본 발명의 동작을 나타내는 배열된 신호의 좌표도.

제4도는 본 발명의 컨볼류쇼날 엔코더의 상태표.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 컨볼류쇼날 엔코더 2 : 시그날 매퍼

3 : 변조기 24 : 전치매퍼

25, 26 : 비트-투-레벨 변환기

본 발명은 자기기록 재생장치에 관한 것으로, 특히 코딩게인(Coding Gain)과 에러정정능력이 향상되도록 한 디지탈 신호의 자기기록 재생장치에 관한 것이다.

일반적으로 TCM(Trellis Coded Modulation) 방식은 여러 비트(bit)들을 하나의 시그날(Signal)로 구성하므로 대역 폭(Band Width)을 증가시키지 않으면서 코딩게인을 3dB 이상 향상시킬 수 있는 변조방식이며, 기존의 바이너리(Binary)신호를 변조하여 기록하는 것보다 넌 바이너리(Non binary)신호로 바꾸어서 변조하여 기록하도록 함으로써 고밀도 기록을 할 수 있음은 물론 주파수의 이용 효율을 크게 증대시키도록 한 것임을 이미 잘 알려진 사실이다.

그러나 상기와 같은 TCM 방식은 통신 분야에만 널리 이용되고 있을 뿐 자기기록 재생장치에는 이용하지 않았었다.

그리고 종래에는 자기기록 장치에 컨볼류쇼날 엔코더(Convolutional Encoder)에 단순히 직각 진폭변조(QAM : Quadrature Amplitude Modulation) 방식을 결합한 변조방식을 주로 이용하였었다.

그러나 상기와 같은 컨볼류쇼날 엔코더에 직각 진폭변조방식을 결합한 변조방식을 이용하는 종래의 자기기록 재생장치에 의하여서는 대역이 제한된 채널에서는 좋은 코딩게인을 얻을 수 없게 되고, 채널코딩시 에러 코레팅(Error Correcting)을 향상시키기 위하여 여분의 비트(redundant bits)들을 추가하게 되면 대역폭이 증가하게 되므로 대역 제한된 채널에 이용할 수 없게 되는 단점이 있었다.

이에 따라 본 발명은 TCM방식을 이용하면서 매퍼부를 구성하여 기록 주파수 대역과 채널수를 증가시키지 않으면서 고밀도의 자기 기록을 할 수 있도록한 디지탈 신호의 자기기록 재생장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위하여 본 발명은 디지탈 신호를 자기기록하고 재생하는 장치 또는 대역제한된 채널상으로 데이터를 전송하는 장치에 있어서, 입력된 m비트의 데이터를 m+1비트의 데이터로 부호화하는 컨볼류쇼날 엔코더와, 상기 컨볼류쇼날 엔코더로부터의 부호화된 m+1비트의 데이터를 I채널 및 Q채널의 이차원으로 분리하면서 레벨변환시키는 시그날 매퍼와, 상기 시그날 매퍼로부터의 이차원 레벨을 위상이 90°다르게 하면서 진폭을 얼마간 커지게하는 변조기와, 상기 변조기로부터의 변조된 신호가 바이어스신호 발생기로 부터의 AC바이어스신호와 혼합되도록 하는 혼합기와, 상기 혼합기로부터의 혼합된 신호를 증폭시켜 헤드에 의해 데이프에 기록되도록 하는 증폭기와, 헤드에 의해 읽혀지고 증폭기에 의해 증폭된 신호의 주파수열화 및 왜곡을 보정하는 등화기와, 상기 등화기를 경유한 신호를 복조하는 복조기와, 상기 복조기를 경유한 신호를 2개의 계단형 파형으로 바꾸는 두 양자기와, 상기 두 양자기로부터의 계단형 파형을 복조하여 출력하는 비터비 디코우더들로 구성함으로써 코딩게인과 에러정정능력을 향상시키고 고밀도 기록이 가능하도록 한 것이다.

이하 본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 기술하여 보면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 외부로부터 입력되는 4비트의 입력데이터를 5비트의 부호화된 데이터로 바꾸는 컨볼류쇼날 엔코더(Convolutional Encoder)(1)와, 상기 엔코더(1)로부터 입력되는 5비트의 부호화된 데이터를 I채널과 Q채널의 이차원으로 분리하면서 데시벨(dB)단위의 레벨값으로 변화시키는 시그날 매퍼(Signal Mapper)(2)와, 상기 시그날 매퍼(2)로부터 입력되는 이차원의 레벨변환신호를 그 위상이 90°달라진 일차원으로 바꾸면서 그 진폭이 얼마간 커지도록 하는 직각 진폭 변조방식의 변조기(3)와, 상기 변조기(3)로부터 입력되는 변조된 신호에 바이어스신호 발생기(5)로부터의 AC 바이어스신호(Alternating Current Bias Signal)를 더하여 곡선파형으로 바꾸는 혼합기(4)와, 상기 혼합기(4)로부터 입력되는 곡선파형의 신호를 증폭시켜 기록용 헤드(7)를 통하여 자기매체의 일종인 테이프(8)에 기록되도록하는 기록용의 증폭기(AMP : Amplifier)(6)와, 상기의 자기기록 매체인 테이프(8)로부터 재생용 헤드(9)를 통하여 미세한 신호를 입력받아 증폭하는 재생용의 증폭기(10)와, 상기 증폭기(10)로부터 입력되는 재생된 신호의 전자변환계를 경유하는 중에 발생된 주파수열화 및 왜곡을 보정하는 등화기(Equlizer)(11)와, 상기 등화기(11)로부터 입력되는 보정된 신호의 90°달라진 위상을 환원하면서 이차원의 신호로 바꾸는 복조기(12)와, 상기 복조기(12)로부터 입력되는 복조된 연속적인 곡선파형의 이차원의 신호를 각각 계단형 파형의 신호로 바꾸는 제1 및 제2양자기(Quantizer)(13), (13a)와, 상기 두 양자기(13), (13a)로부터 입력되는 이차원의 계단형 파형을 해독하여 출력데이터로 외부에 출력하는 비터비 디코우더(Viterbi Decoder)(14)들로 구성한 것이다.

제2도는 TCM 엔코더 즉 자기기록장치의 상세한 블록구성을 나타낸 것으로, 4비트의 입력데이터(M0), (M1), (M2), (M3)는 컨볼류쇼날 엔코더(1)의 3개의 지연소자(Delay Parameter)(D1), (D2), (D3) 및 3개의 혼합기(21), (22), (23)를 경유하거나 직접 출력되면서 5개의 부호화된 데이터(C0), (C1), (C3), (C4)로 출력되도록하고, 이 부호화된 데이터(C0)~(C5)는 시그날 매퍼(2)의 전치매퍼(Pre-Mapper)(24)를 경유하면서 일정한 시그날 배열(Constellation)에 맞게 n비트씩 변환하여 I채널, Q채널의 이차원으로 분리된 후 2개의 비트-투-레벨(bit-to-level)변환기(25), (26)를 각각 경유하면서 데시벨 단위의 레벨값으로 변환되어진다.

이 레벨값으로 변환된 I, Q채널신호는 변조기(3)의 오우버 샘플링(Over Sampling)(27), (28)을 각각 거치면서 얼마간 과하게 표본화되고, 다시 각각 협대역 로우패스필터인 펄스 세이핑 필터(Pulse Shaping Filter)(29), (30)를 경유하면서 파형의 그 주파 성분을 제거하여 ISI(Inter Symbol Interface)의 영향을 최소화한 다음 각각 승산기(31), (32)에서 직각으로 교차하는 두 반송파(Sinwct), (Coswct)를 곱한 후 덧셈기(33)에서 더한다.

상기 덧셈기(33)에 의해 반송파(Sinwct)가 곱해진 I채널신호와 반송파(Coswct)가 곱해진 Q채널신호를 더한 변조된 신호는 제1도의 경우와 같이 혼합기(4)로 출력된다.

이와 같이 구성한 본 발명의 디지탈 신호의 자기기록 재생장치는 디지탈 신호를 자기기록하고 재생하는 장치와 대역제한된 채널상으로 데이터를 전송하는 장치에 응용할 수 있는 것으로, 컨볼류쇼날 엔코더(1)에 의해 병렬로 입력되는 4비트의 입력데이터(M0)~(M3)를 1비트 더한 5비트의 부호화한 데이터(C0)~(C4)로 엔코드한 다음에 시그날 매퍼(2)로 공급되도록 함으로써 전치매퍼(24)에서 n비트씩 변화하여 I채널과 Q채널의 이차원으로 분리된 후 비트-투-레벨 변환기(25), (26)를 경유하면서 제3도의 (b)에 개략적으로 도시한 매핑의 성상도(constellation)에서와 같이 배열된 상태의 신호가 되도록 한다.

컨볼류쇼날 엔코더(1)의 출력 5비트의 부호화한 데이터(C0)~(C4)중 C3, C4 비트는 성상도에서 각 사분면을 결정하는 비트이고 이는 비터비 디코우더(14)에서 병렬천이 되는 부분이다.

C0~C2 비트는 각 사분면에서 컨볼류쇼날 엔코더(1)의 상태에 의해 유클리디언 거리를 최대로 유지하도록 매핑이되고, 이렇게하여 매핑을 한 것이 제3도의 (b)의 성상도이다.

컨볼류쇼날 엔코더(1)에서 입력(M0~M4)중에서 제4도의 상태도에 관련된 비트는 M0, M1이고 이에 대한 출력은 C0~C2이며, 입력(M2, M3)은 인코딩되지 않고 바이패스되는 부분으로서 성상도상에서 각 사분면을 결정하는 비트이다.

컨볼류쇼날 엔코더(1)의 출력(C0)~(C4)의 5비트에 의해 32개의 점으로 나타낼 수 있으며 이에 대한 성상도가 바로 제3도의 (b)에 도시한 것이다.

상기의 성상도에서 5비트가 하나의 점을 표시하고 이는 I축과 Q축의 값으로 변환된다.

이 성상도에서 인코딩되지 않은 비트(C4, C3)에 의한 점(예로 00010, 010010, 10010, 11010의 값은 인코딩된 값은 같고 인코딩되지 않은 비트에 의한 점이다)들은 유크리드 거리가 멀도록 배치한다.

또한 인코딩 된 비트(C0, C1, C2)에 의한 값은 제4도의 상태표에서 알 수 있는 바와 같이 같은 상태(예로 상태 000)로 입력되는 값(000, 001, 100, 101)은 먼 거리를 갖도록 배치를 한다.

이에 대한 동작은 시그날 매퍼(2)에서 수행하며, 이는 위의 내용과 같이 배치하는 전치 매퍼(24)와, 이 전치 매퍼(24)의 구성값을 I축과 Q축의 실제적인 레벨값으로 변환하는 비트-투-레벨 변환기(25)(26)들로 구성한다.

이와 같이 컨볼류쇼날 엔코더(1)와 직각진폭변조(QAM)와 같이 엔코더와 변조부가 서로 연관을 갖도록 구성하여 성능이 향상되도록 하는 방법이 바로 TCM방식이다.

그리고, 시그날 매퍼(2)의 출력인 상기의 I, Q 두 채널로 분리된 신호는 오우버샘플링(27), (28)에서 과하게 표본화되고 다시 펄스세이팅 필터(29), (30)를 경유하면서 고주파 성분을 제거 되도록 한 후 각각 승산기(31), (32)에서 반송파(Sinwct), (Coswct)성분을 곱한다음 덧셈기(33)에서 더하도록하여 배열된 상태의 신호가 되도록 한다.

여기서 컨볼류쇼날 엔코더(1)를 경유하지 않은 상태로 그냥 시그날 매퍼(2)로 입력되면 제3도의 (a)에 도시한 것과 같이 배열된 상태의 신호가 된다.

각각의 평균에너지 E는으로 구할 수 있으므로 컨볼류쇼날 엔코더(1)를 경유하지 않은 16분주기 배열인 제3도의 (a)에서의이고, 엔코더(1)와 시그날 매퍼(2)를 경유한 32TCM배열인 제3도의 (b)의이다.

그러므로 각각의 근사치적은 코딩게인을 에너지(Energy)대 최소 자유 이동거리(minimum free distance)로써 구할 수 있으므로

에서, 제3도의 (b)는

이 된다.

그리고 원점은 동기신호가 격자경로(Trellis Path)를 따라 진행하면 비터비 디코우터(14)에서 추출해내기 곤란하므로 동기신호가 입력될 때 동기플랙(Synch flag)에 의해 격자경로를 거치지않고 배열상의 원점의 값을 갖도록 하기 위해 설정한다.

직각진폭변조(QAM)만을 사용한 (a)도 보다는 TCM 엔코더를 사용하고 제3도 (b)의 시그날 매퍼(2)를 사용하여을 경우가 대역제한된 채널상에서 코딩게인이 우수하다.

다음의 혼합기(4)에서 바이어스신호 발생기(5)로부터의 AC 바이어스신호를 더하면서 곡선파형으로 바꾸고 증폭기(6)를 경유하면서 증폭된후 기록용헤드(7)를 통해 테이프(8)에 자기신호로 기록하는 과정과, 이의 역순인 재생되는 과정을 일반적인 사항이므로 중복되는 설명을 생략한다.

따라서 본 발명의 디지탈 자기기록 재생장치에 의하여서는, 고밀도 기록이 가능한 TCM방식을 자기기록장치에 이용하면서 컨볼류쇼날 엔코더(1)와 시그날 매퍼(2)를 자기기록의 특성에 맞게 +1비트 증가시킨 후 I채널 및 Q채널의 이차원으로 분리시키면서 레벨변환하는 정도를 적절히 함으로써 코딩게인을 증가시키고, 대역폭이 제한된 대역에서도 고밀도 기록이 가능하도록 한 것임을 알 수 있다.

Claims (1)

1. 직각 진폭변조의 방식을 이용하여 테이프에 기록하고 재생하는 디지탈 신호의 자기기록 재생장치에 있어서, 입력되는 m비트의 데이터를 m+1 비트의 부호화된 데이터로 바꾸는 다수의 지연소자 및 혼합기를 포함하는 컨볼류쇼날 엔코더와, 상기 컨볼류쇼날 엔코더로부터 부호화된 데이터를 입력받아 전치매퍼를 경유하면서 I채널, Q채널의 이차원으로 분리되고 각각 비트-투-레벨 변환기에 의해 레벨값으로 변환되도록 하는 시그날 매퍼와, 상기 시그날 매퍼로부터 변환된 이차원의 신호를 입력받아 오우버 샘플링 펄스세이팅필터를 경유하면서 적절한 대역에서 고주파 성분이 제거 되도록하고 각각의 이차원신호에 승산기에서 90°위상이 다른 두 반송파를 각각 곱한 다음 두 신호를 덧셈기에서 합하는 변조기들로 이루어져 TCM배열의 신호를 자기 매체에 고밀도로 기록하도록 한 디지탈 신호의 자기기록 재생장치.