KR100297827B1 - 고밀도저장기기에있어서디코딩방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고밀도 데이타 저장기기에 있어서 디코딩 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 방법은 일정한 특성을 나타내도록 펄스모양을 변형하여 채널신호를 출력하는 단계; 입력가능한 심볼들의 조합을 입력하여 그에 대응하는 채널의 응답특성을 메모리에 저장하는 단계; 상기 채널신호와 응답특성을 입력하여 과거와 현재 및 미래 심볼에 의한 영향을 고려하여 입력심볼을 검출하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 현재 심볼의 검출에 있어서 과거와 현재 및 미래 심볼에 의한 선형적 신호간섭과 비선형적 신호특성의 영향을 고려하므로서 데이타 검출 오차를 최소화할 수 있다.

Description

고밀도 저장기기에 있어서 디코딩 방법 및 장치

제1(a)도는 고밀도 저장기기에 있어서 본 발명에 의한 디코딩 장치를 설명하기 위한 블럭도이다.

제1(b)도는 제1(a)도에 도시된 채널의 선형적 응답특성을 나타낸 도면이다.

제2도는 제1(a)도에 도시된 본 발명에 의한 디코더의 블럭도이다.

제3(a)도와 제3(b)도는 제2도에 도시된 본 발명에 의한 검출기를 구현한 도면이다.

제4도는 본 발명에 의한 디코딩 장치의 일실시예를 도시한 도면이다.

본 발명은 고밀도 데이타 저장기기에서의 신호재생 방법에 관한 것으로 특히, 재생된 신호간의 선형적 간섭과 비선형적 특성이 심각하게 나타나는 신호에서 데이타를 신뢰적으로 검출하는 디지탈 신호처리기기에 있어서 디코딩 방법 및 그에 적합한 장치에 관한 것이다.

정보화 사회의 도래를 앞두고 많은 양의 디지탈 데이타를 손쉽게 저장하고 처리해야 하는 필요성이 급중하고 이에 따라 주어진 크기의 저장기기에 기록되는 데이타 양, 즉 기록밀도를 높이는 연구가 활발히 진행되고있다. 그 결과 저장 디스크의 물리적 특성을 개선하고 기기의 설계와 정밀도를 향상시키며 디지탈 신호처리 기술을 사용하여 데이타 검출 오차확률을 줄임으로써 기록밀도를 증가 시킬 수 있게 되었다.

종래에는 재생된 신호를 Class-IV partial-response (1-D2) 형태로 만든후 비터비 디코더 (viterbi decoder)를 사용하여 데이타를 검출하는데 이 방법은 신호의 비선형적 특성율 고려하지 않고 선형적으로만 처리하여, 높은 저장밀도에서는 비선형적 특성이 심각하게 되므로 데이타 검출시 오차가 높아지는 결과를 초래한다. (1987년 2훨 17일에 공개된 미국 발명특허 제4,644,564호 “DECODING THE OUTPUT SIGAL OF A PARTIAL-RESPONSE CLASS-IV COMMUNICATION OR RECORDING DEVICE CHANNEL”참조) 이에 반하여 1992년 7월 21일에 공개된 미국 발명특허 ‘디지탈저장매체에 저장된 정보 처리를 위한 적응결정 부궤환 등화기’(ADAPTIVE DECISION FEEDBACK EQUALIZER APPARATUS FOR PROCESSING INFORMATION STORED ON DIGITAL STORAGE MEDIA)는 이미 검출된 데이타를 다시 부궤환시켜 현재 데이타 심볼 검출시 반영함으로써 데이타 검출의 오차를 줄이는 방법으로 부궤환 신호 발생시 선형적인 필터 대신에 RAM을 사용함으로써 과거 심볼이 현재 재생신호에 미치는 비선형적 특성을 처리할 수 있게한다. 그러나 이 기술은 현재 재생신호에 존재하는 현재 및 미래 심볼의 비선형적 특성을 고려하지 않는다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위하여 과거와 현재 및 미 래 심볼에 의한 선형적 신호간섭과 비선형적 영향을 모두 고려하여 신호처리를 수행하는 고밀도 저장기기에 있어서 디코딩 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고밀도 저장기기에 있어서 디코딩 방법은 선형적 간섭과 비선형적 특성을 갖는 아날로그 신호를 입력하여 필터링을 수행하는 제1단계; 상기 제1단계의 출력을 소정의 시간간격 T로 샘플링을 수행하여 샘플링된 채널신호(x_k)를 출력하는 제2단계 ; 상기 제2단계의 출력을 입력하여 샘플링된 채널신호(x_k)를 일정한 특성을 나타내도록 펄스모양을 변형하여 출력 (y_k)하는 제3단계 ; 상기 입력가능한 심볼들(a_k)의 조합을 입력하여 그에 대응하는 채널의 선형적 비선형적 응답특성(f_k)을 모델링하여 현재와 미래 심볼에 의한 응답특성()인 경우는 주어진 채널 특성하에서 고정되며, 과거 심볼에 의한 응답특성()인 경우는 채널특성의 변화에 따라 조정되는 값이 저장되는 제4단계 및 상기 제3단계의 출력(y_k)과 상기 제4단계에서의 출력(f_k)을 입력하여 채널 신호들(y_k, y_k-1, …, y_k-Γ)과, 모든 가능한 심볼 조합에 대한 채널의 선형적 및 비선형적 출력 값들 (f_k, f_k-1, …, f_k-Γ) 과의 차를 계산하여 채널신호들(y_k, y_k-1, …, y_k-Γ)과 가장 근접한 신호특성을 얻게한 심볼(a_k-Γ)값을 검출하는 제5단계로 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 디지탈 신호처리기기에 있어서 디코딩 장치는 선형적 간섭과 비선형적 특성을 갖는 아날로그 신호를 입력하여 입력된 신호를 필터링하는 저역통과 아날로그 필터 ;

상기 아날로그 필터에서 처리된 출력을 소정의 시간간격 T로 샘플링을 수행하여 출력하는 샘플링 장치 ;

상기 샘플링 장치에서 처리된 신호(x_k)를 입력하여 일정한 특성을 나타내도록 펄스모양을 변형하여 채널신호(y_k)를 출력하는 디지탈 필터 ;

입력가능한 심볼들의 조합을 입력하여 그에 대응하는 채널의 선형적, 비선형 적 응답특성(f_k)을 모델링하여 저장하는 RAM ;

상기 디지탈필터와 상기 RAM에서 처리된 출력을 입력하여 이를 근거로하여 입력가능한 심볼조합들(a_k, a_k-1, a_k-2, …)에 대한 메트릭 계산을 수행하고, 상기 디지탈 필터의 출력들과 가장 근접한 신호특성을 얻게하는 심볼값을 검출하는 검출기 ; 및

상기 검출기에서 출력된 과거의 심볼들을 버퍼링하여 상기 RAM으로 출력하는 버퍼를 포함하여 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상술하기로 한다.

제1(a)도는 디지탈 신호처리기기에 있어서 본 발명에 의한 디코딩 장치를 설명하기 위한 블럭도로서, 1 과 -1 의 이진 심볼들이 T초간격으로 저장기기에 기록되었다가 재생된다. 이때 재생된 신호 r(t)는 채널 (10)의 출력에 백색잡음 n(t) 가 더하여진 아날로그 신호로 표현할 수 있다. 이 아날로그 신호는 아날로그 필터(20)를 통과한 후 샘플링기(25)에서 T초 간격으로 샘플링 되어 디지탈 신호 x_k가 된다. 디지탈 신호 x_k는 디지탈 필터(W ; 30)를 거친 후 검출기(40)로 출력되며, 검출기(40)는 디지탈 필터(W ; 30)의 출력과 RAM(50)의 출력을 입력하여 원래 기록된 심볼값을 검출하고 버퍼(60)에 저장한다. RAM(50)은 버퍼(60)의 출력을 입력하여 채널특성을 저장하게 된다.

제1(b)도는 제1(a)도에 도시된 채널의 선형적 응답특성을 나타낸 도면으로, 입력가능한 심볼들에 대한 채널(10)의 선형적 응답특성이 k-τ에서 k+L에 걸쳐서 존재한다면 재생신호 y_k는 a_k의 출력신호 뿐만 아니라 α_k-L부터 a_k+τ의 심볼에 의한 출력신호도 포함한다.

제2도는 제1(a)도에 도시된 본 발명에 의한 디코더의 블럭도로서, 검출기(40)는 메트릭 계산기(100)와 최소값 검출기(200)로 구성되어 있으며 메트릭 계산기(100)는 디지탈 필터 (W ; 30)의 출력들(y_k, y_k-1, …)과 RAM(50)의 값을 사용하여 입력 가능한 심볼조합들(a_k, a_k-1, …)에 대한 메트릭(m₀, m₁, …)을 계산하며, 최소값 검출기(200)는 메트릭 계산기(100)의 출력값들을 바탕으로 채널 신호들(y_k, y_k-1, …)과 가장 비슷한 신호특성을 얻게한 심볼값을 결정하여 버퍼(60)로 출력한다.

RAM(50)은 버퍼(60) 출력을 입력하여 모든 입력 가능한 심볼들에 대한 이 저장 채널의 선형적 및 비선형적 응답특성 (f_k, f_k-1,…)을 모델링하여 저장하고 메트릭계산기(100)로 출력한다.

제3(a)도와 제3(b)도는 제2도에 도시된 본 발명에 의한 검출기를 구현한 도면이며 미래 채널 데이타를 3T(Γ=3)까지 고려하고, 디지탈 필터 (W ; 30)를 통과한 후 채널의 선형적 신호간섭이 미래심볼 1개(τ=1) 인 경우에 대하여 나타낸 것이다.

제4도는 본 발명에 의한 디코딩 장치의 일실시예를 도시한 것으로, 입력데이타가 RLL (1,7) 부호화 되고 Γ=1, τ=0 인 가장 간단한 경우 제3도를 근사적으로 구현한 회로도이다.

심볼 a를 기록한 후 재생한 아날로그 신호 r(t) 는 제1(a)도와 같이 심볼 a에 대한 선형적 흑은 비선형적인 채널(10) 출력 h(a,t)에 가우시안 잡음 n(t)이 더하여진 형태로 나타낼 수 있다. 즉

이 아날로그 신호 r(f)는 저역통과 필터를 통과한 후 심볼 주기 T초 간격으로 샘플링된 다음, 디지탈 필터 (W ; 30)에서 일정한 특성을 갖도록 변형되어 채널의 응답특성 f_k(a)에 잡음 n_k이 더하여진 신호로 출력된다.

디지탈 필터(W ; 30)의 출력 y_k로 부터 원래 기록된 심볼 a_k값을 검출하는 방법인 maximum likelihood (ML) 검출방법은 조건 확률을 최대화하는 a_k를 구한다. 즉,

여기서

비터비 알고리즘(Viterbi algorithm)은 위의 식 (2)를 바탕으로 현재의 재생신호에 미친 과거 재생신호의 영향을 고려하여 현재 심볼의 검출을 수행한다. 이때, 현재 심볼 a_k값을 검출하는데 있어서 현재 검출되는 심볼의 디지탈 필터(W ; 30) 출력 y_k뿐만 아니라 Γ개 미래 심볼의 디지탈 필터(W ; 30) 출력 y_k+1, y_k+2,…, y_k+Γ를 고려할 수 있다고 가정하는 한편 과거의 모든 심볼 a_k-1, a_k-2, …, a₀에 대한 검출이 오차없이 이루어져 왔다고 가정 하여, 위의 식을 다음과 같이 변경한다.

α_k에 의한 채널(10)의 선형적 응답특성이 제1(b)도와 같이 k-τ에서 k+L 에 걸쳐서 존재한다면 (), 재생신호 y_k는 a_k의 출력신호 뿐만 아니라 a_k-L부터 a_k+τ의 심볼에 의한 출력신호도 포함하므로 식 (5)의 y_k는 a_k-L부터 a_k+τ에 의한 영향을 고려하도록 식 (6)과 같이 변경된다.

여기서

는 입력 심볼에 대한 저장 채널의 응답특성을 모델링한 값이다. 식 (1) 의 잡음이 가우시안(Gaussian)이라면 적당히 높은 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)에서는 식 (6)의 합은 최대값에 의해 근사적으로 대치될 수 있다. 즉

잡음이 가우시안(Gaussian)이고 서로 다른 시간의 잡음간에 상관성이 없다면(uncorrelated) 위의 식 (8)은 다음 식 (9)와 같이 곱의 형태로 나타낼 수 있으며, 다시 자연로그(natural log)를 취하면 합의 형태로 나타낼 수 있다.

그러므로 식 (12) 에 의한 심볼 검출은 매 심볼당 (Γ+1)*2^Γ+τ+1개의 뺄샘과 곱샘, Γ*2^Γ+τ+1개의 덧셈, 그리고 2^Γ+τ+1크기의 비교기가 필요하게 된다. 제3(a)도는 τ=1, L=6, Γ=3의 경우 상기 과정을 구현한 블럭도이며 2⁵=32 개 입력의 최소값 검출기 (비교기로 구성됨)가 필요하고 현재 검출되는 심볼의 시간은 k-3이며, k는 3T 미래의 시간에 해당한다. 그러나 데이타가 RLL (d,k) code 화 되면, 1 과 1 사이에 존재하는 0 의 최소갯수(minimum runlength;d)에 따라 d=1 인 경우 16 개 입력, d=2인 경우 12개입력의 최소값 검출기로 구현이 가능하다.

식 (12) 에서 L＞Γ일 경우, 입력심볼에 의한 채널의 응답특성을 현재 및 미래의 입력심볼()에 의한 채널의 응답특성과 과거의 입력심볼()에 의한 채널의 응답특성의 합으로 근사화 시키면 다음과 같다.

그러면 식 (12)는 다음 식 (14)로 변형이 된다.

여기서

제3(b)도는 τ=1, L=6, Γ=3 일때 식 (14) 및 (15) 를 구현한 검출기이다.

이상의 검출기를 adaptive 하게 구현하는 경우, 채널의 응답특성은 어드레스를로 지정하는 RAM의 출력 값으로 나타내어질 수 있으며,값이 결정되는 순간 식 (12) 의 RAM 은 다음과 같이 업데이트된다.

식 (16)을 사용하여 디코딩 장치를 구현하는 경우 디지탈 필터 (W ; 30)는 고정되어 있으며, μ는 적당히 작은 값의 step-size 이다. 또한 식 (13)의 경우 update 하는 과정은 다음과 같다.

여기서, 현재와 미래 심볼들에 의한 응답특성의 값으로 어떤 고정된 테이블값을 사용하거나, 선형적으로 근사화된 고정된 값을 사용할 수도 있다.

τ=0, L=6, Γ=1 이고,인 경우 식 (14)는 다음과 같다.

그러므로 (a_k,a_k+1) = (1,1), (1,-1), (-1,1), (-1,-1)의 4 가지 경우 중에서 식 (20)을 최소화 하는를 구한다. 그러나 데이타가 RLL (1,7) 부호화된 경우,의 값에 따라 (1,-1) 또는 (-1,1) 중 하나가 d=1 조건을 만족하지 못하므로 식 (20)은 3 개의 경우만 계산한다.

인 경우,

그러므로이려면

즉,

그러므로 입력심볼에 대한 결정규칙은 z_k+1＞-z_k이고 z_k+1＞-1 인 경우, 또는 2z_k+1＞-z_k-1 이고 z_k+1＜-1 인 경우에서로 결정되고, 그밖의 경우에서는로 결정된다. (25)

인 경우도 비슷한 결과를 얻는다. 식 (25) 의 결정규칙을 근사화 시키면 다음 식과 같다.

그러므로 이상과 같이 τ=0, L=6, Γ=1 이고 데이타가 RLL(1,7) 코드화된 경우 검출과정을 정리하면 다음과 같으며 제4도에 도시하였다.

, m₀≤m₁인 경우

, m₀＞m₁인 경우

적응시스팀(Adaptive system)으로 구현할 경우 RAM(50)에서의 업데이트 과정은 다음과 같다.

여기서, W_i는 입력특성의 변화에 따라 매 클릭마다 어댑티브하게 조정된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디코딩 방법 장치는 현재 심볼의 검출에 있어서 과거와 현재 및 미래심볼에 의한 선형적 신호간섭 뿐만 아니라 비선형적 신호특성의 영향을 고려하여 디코딩을 수행하므로서 데이타 검출 오차를 최소화하는 효과를 제공한다.

또한, 채널의 응답특성을 현재와 미래심볼들에 의한 응답특성과 과거심볼들에 의한 응답특성을 분리하여 근사적으로 표현하므로서 채널 특성이 천천히 변화하는 저장기기의 신호 검출에 적합한 효과를 제공한다.

Claims (6)

1. 선형적 간섭과 비선형적 특성을 갖는 신호에서 원래의 디지탈 심볼 값을 검출하는 방법에 있어서, 선형적 간섭과 비선형적 특성을 갖는 아날로그 신호를 입력하여 필터링을 수행하는 제1단계 ; 상기 제1단계에서 처리된 신호를 소정의 시간간격 T로 샘플링하여 채널신호(x_K)를 출력하는 제2단계 ; 상기 제2단계에서 처리된 신호를 입력하여 일정한 특성을 나타내도록 펄스모양을 변형하여 출력 (y_K)하는 제3단계 ; 입력가능한 심볼들(a_K)의 조합을 입력하여 입력된 심볼에 대응하는 채널의 선형적, 비선형적 응답특성(f_K)을 모델링하여 저장하는 제4단계 및 상기 제3단계의 출력(y_k)과 상기 제4단계에서의 출력(f_k)을 입력하여 채널 신호들(y_k, y_k-1, …, y_k-Γ)과 응답특성들(f_k, f_k-1, …, f_k-Γ)과의 차를 계산하여 채널신호들(y_k, y_k-1, …, y_k-Γ)과 가장 근접한 신호특성을 얻게한 심볼(a_k-Γ)값을 검출하는 제5단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디지탈 신호처리기기에 있어서 디코딩 방법.
2. 상기 제1항에 있어서, 제5단계는 현재 검출되는 심볼(a_k-Γ)과 동일한 시간 뿐만 아니라 그 미래의 채널신호들(y_k, y_k-1, …, y_k-Γ)을 포함하여 계산하는 것을 특징으로 하는 고밀도 저장기기에 있어서 디코딩 방법.
3. 제1항에 있어서, 주어진 심볼들의 조합에 대한 신호의 선형적 및 비선형적 응답특성()은 현재와 미래 심볼에 의한 응답특성()들과 과거심볼들에 의한 응답특성들()의 합으로 근사적으로 나타내어 현재와 미래 심볼에 의한 응답특성()은 주어진 채널 특성하에서 고정되고, 과거 심볼에 의한 신호특성()은 채널특성의 변화에 따라 조정되어 메모리에 저장되는 것을 특징으로 하는 고밀도 저장기기에 있어서 디코딩 방법.
4. 디지탈 신호처리에 있어서 선형적 간섭과 비선형적 특성이 심각하게 나타나는 신호에서 원래의 심볼을 검출하는 디코딩 장치는 선형적 간섭과 비선형적 특성을 갖는 아날로그 신호를 입력하여 필터링을 수행하는 저역통과 필터로 구성된 아날로그 필터; 상기 아날로그 필터에서 처리된 신호를 소정의 시간간격 T로 샘플링을 수행하여 샘플링된 채널신호(x_k)를 출력하는 샘플링 장치 ; 상기 샘플링장치에서 샘플링된 채널신호(X_K)를 일정한 특성을 나타내도록 펄스모양을 변형하여 출력(y_k)하는 디지탈 필터 ; 입력 가능한 심볼들(a_K)의 조합을 입력하여 입력심볼에 대한 저장채널의 선형적, 비선형적 응답특성(f_K)을 모델링하여 저장하는 RAM ; 상기 디지탈 필터의 출력과 상기 RAM에서 출력된 저장채널의 응답특성을 입력하여 이를 근거로하여 입력가능한 심볼조합들(a_k, a_k-1, a_k-2, …)에 대한 메트릭 계산을 수행하고, 상기 디지탈 필터의 출력들과 가장 근접한 신호특성을 얻게하는 심볼값을 출력하는 검출기 ; 및 상기 검출기에서 검출된 과거의 심볼들을 버퍼링하여 상기 RAM으로 출력하는 버퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 고밀도 저장기기에 있어서 신호의 디코딩 장치.
5. 제4항에 있어서, 검출기는 현재 검출되는 심볼(a_k-Γ)의 디지탈 필터 출력(y_k)과 그 미래의 디지탈 필터 출력들(y_k, y_k-1, …, y_k-Γ)을 포함하여 디지탈 필터의 출력들(y_k, y_k-1, …, y_k-Γ)과 입력 가능한 심볼 조합에 대해 예상되는 응답특성들(f_k, f_k-1, …, f_k-Γ)과의 차이를 출력하는 메트릭 계산기와, 상기 메트릭 계산기의 출력값들(m₀, m₁, …)을 입력하여 이를 바탕으로 디지탈 필터의 출력들(y_k, y_k-1, …, y_k-Γ)과 가장 근접한 신호특성을 얻게하는 심볼(a_k-Γ) 값을 검출하는 최소값 검출기로 이루어진 것을 특징으로 하는 고밀도 저장기기에 있어서 디코딩 장치.
6. 제4항에 있어서, 현재와 미래 심볼에 의한 응답특성들()은 주어진 채널특성하에서 고정되며, 과거심볼에 의한 응답특성들()은 채널특성의 변화에 따라 조정되는 값으로 업데이트되어 RAM에 저장되는 것을 특징으로 하는 고밀도 저장기기에 있어서 디코딩 장치.