KR20040108571A - 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법 - Google Patents

비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구를 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 광 레코딩 매체로부터 얻어진 데이터스트림에서의 열화(deterioration) 및 결함을 보상하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 데이터가 복조기에 의해 복조되는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법은,
- 복조 이전에 런렝쓰 위반(runlength violation)을 검출하는 단계와,
- 복조 이전에 검출된 런렝쓰 위반을 정정하는 단계를 포함한다.

Description

비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법{METHOD FOR BIT RECOVERY IN AN ASYMMETRIC DATA CHANNEL}
본 발명은 레코딩 매체로부터 얻어진 데이터스트림 내의 열화(deterioration) 및 결함(defect)을 보상하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재의 광 레코딩 매체의 경우, 런렝쓰 제한 코드(runlength limited codes)가 사용된다. 예컨대, 디지털 다용도 디스크(DVD)는 복구된 데이터스트림의 0 및 1의 런렝쓰가 기본적으로 3과 11 사이에서 제한되도록 보장하는 채널 변조를 특징으로 한다. 동기화 패턴은 14의 런렝쓰를 갖도록 변조된다. 그러므로, 이들 패턴은 다른 데이터와 쉽게 구별될 수 있다.
청색 레이저 광학을 기초로 한, 좀더 최근의 고밀도 광 레코딩 매체는 2 내지 8개의 연속 0 또는 1의 훨씬 더 짧은 런렝쓰 범위를 아마도 사용할 것이다. 이러한 레코딩 매체의 예로 소위 블루-레이 디스크(BD: Blu-Ray Disk)가 있다. 불행히도, 해당 광 채널의 변조 전달함수(MTF: Modulation Transfer Function)는 도 1에 도시된 바와 같이 가장 긴 런렝쓰의 진폭보다 -26dB만큼 더 작은 2T 런렝쓰의 전형적인 진폭을 초래한다. 그러므로, 허용 가능한 BER(Bit Error Rate)를 보장하기 위해 추가적인 신호 처리가 필요하다.
광 레코딩 매체 및 하드디스크를 위한 현재의 응용에서, 부분 응답 최대 가능성 검출기(Partial Response Maximum Likelihood detector){PRML, 비터비(Viterbi) 디코더}가, 더 높은 ISI(InterSymbol Interference) 율에 대처하고, 개선된 잡음 여유를 얻기 위해서 복조 단계 이전에 판독 채널에서 사용된다. 현 수준의 판독 채널이 도 2에 도시되어 있다. 광 레코딩 데이터 패턴의 변조로 인해, 특정한 제약이 이러한 신호 처리에 적용된다. 예컨대, 짧은 런렝쓰를 갖는 신호 패턴은 채널 통과대역의 가장자리에 있으며, 감소한 신호 크기를 보인다. 그러므로, 이들 패턴은 비트 오검출되기 쉽다. 게다가, 필터 리플 및 전이 잡음으로 인해, 간단한 슬라이싱(slicing)에 의해 실제 검출될 수 있는 더 긴 런렝쓰는 최대 런렝쓰 디코더에 의해 검출되는데 실패할 수 도 있다. 비트 정보의 검출과 관련된 하나의 추가적인 문제는 신호 비대칭성이며, 이것은 데이터 슬라이싱 처리를 방해한다. 이 비대칭성은 특히 가장 짧은 런렝쓰의 경우의 비트 검출 품질에 강하게 영향을 미친다.
그러므로, 전술한 문제점을 극복하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법 및, 이러한 방법을 사용하여 레코딩 매체로부터 판독하고 및/또는 레코딩 매체에 기록하는 장치를 제안하는 것이 본 발명의 목적이다. 비록 본 발명이 다음에서 광 레코딩 매체에 관해서 기술되지만, 본 발명은 신호 비대칭성이 발생하는 다른 유형의 레코딩 매체에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따라, 데이터가 복조기에 의해 복조되는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법은,
- 복조 이전에 런렝쓰 위반을 검출하는 단계와,
- 복조 이전에 검출된 런렝쓰 위반을 정정하는 단계를 포함한다.
복조 이전에 런렝쓰 위반을 검출하면, 판독 채널 시스템의 성능이 향상된다.
유리하게도, 본 방법은 신호 품질 표시를 얻기 위해 런렝쓰 위반의 율 및/또는 경향을 감시하는 단계를 더 포함한다. 신호 품질 표시는 판독 채널 데이터스트림의 신호 품질의 측정치 역할을 할 수 있다.
유리하게, 신호 품질 표시신호(signal)는 신호 왜곡을 보상하거나 재생 방법을 변경하는데 사용된다. 예컨대, 데이터 수신 시스템의 재생 속도는 좀더 신뢰할만한 판독 신호를 얻기 위해 낮아지거나 상기 신호 품질이 충분히 높은 경우에 증가할 수 있다.
유리하게, 본 방법은 신호 데이터를 신호 0 교차부(signal zero crossing) 근처까지 확장하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방식으로, 좀더 신뢰할 만한 신호 슬라이싱이 보장된다.
유리하게, 본 방법은 런렝쓰 위반을 검출하고 정정하는 단계가 수행될 것인지의 여부를 신호 품질에 기초로 해서 판정하는 단계를 더 포함한다. 만약 신호 품질이 충분히 높은 경우에, 어떠한 정정도 필요치 않다. 신호 품질이 특정한 임계치 이하인 경우에만, 신호 정정이 필요하다. 낮은 품질 신호로의 정정을 제한함으로써, 충분한 신호 품질인 경우에, 데이터 재생율이 불필요하게 감소하지 않게 된다.
유리하게, 데이터가 복조기에 의해 복조되는, 비대칭 데이터 채널의 비트 복구 디바이스는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 수단을 포함한다.
더나아가, 본 발명에 따른 방법 또는 디바이스는 비대칭 데이터 채널의 비트 복구를 위해 레코딩 매체로부터 판독하고 및/또는 레코딩 매체에 기록하는 장치에서 유리하게도 사용된다.
본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 예시적인 실시예가 도면을 참조한 다음의 설명에서 명시되어 있다. 본 발명이 이러한 예시적인 실시예로 제한되지 않으며, 명시된 특징들이 또한 본 발명의 범주에서 벗어나지 않고 편리하게 결합되고 및/또는 변경된다는 점을 이해해야 한다.
도 1은 고밀도 광 레코딩 매체에 대한 예시적인 변조 전달 함수를 도시한 도면.
도 2는 종래기술에 따른 판독 채널을 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 비트 복구 회로를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 신호 리샘플링 동안의 위상 드리프트(drift)의 두 가지 경우를 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 클록 위상 상의 0 교차 샘플링 의존도(dependence)를 도시한 도면.
도 6은 다양한 리샘플링 경우들을 다루기 위한 상태기계(state machine)를 도시한 도면.
도 7은 런렝쓰 카운팅 예를 도시한 도면.
도 8은 검출된 가능한 최소 런렝쓰 위반을 도시한 도면.
도 9는 입력 샘플과 재필터링된 비터비 출력 샘플 사이의 비교를 도시한 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 판독 채널 2: ADC
3: 제 1 등화기 4: PLL 블록
5: 샘플율 변환기 6: 적응형 등화기
7: 부분 응답 최대 가능성 검출기 8: 잘 알려진 최소평균제곱 알고리즘
도 2에서, 종래기술에 따른 예시적인 판독 채널(1)이 도시되어 있다. 판독 채널(1)은 클록 복구 및 비트 복구 처리를 수행한다. 레코딩 매체에서 얻어진 채널 데이터(HF)는 아날로그/디지털 변환기(2)(ADC)에 입력된다. 제 1 등화기(3)(EQ1)에 의한 등화 단계 이후, 디지털화된 데이터스트림은 PLL 블록(4)으로 공급되며, 이 블록(4)은 클록을 복구한다. 이 단계에서 ADPLL(All Digital PLL)을 사용하는 것이 일반적이므로, 복구된 클록 신호는 기본적으로 하드웨어 디자인에 사용된 시스템 클록을 위한 클록 인에이블 신호이다.
디지털화된 데이터스트림은 샘플율 변환기(5)(SRC)에서 기준 클록(clock reference)을 통해 리샘플링된다. 다음으로, 데이터스트림은 적응형 등화기(6)(EQ2)에서 필터링되어 부분 응답 최대 가능성 검출기(7)(PRML-D이며 비터비 디코더로도 알려져 있음)로 전달된다. 등화기(6)의 계수는, 잘 알려진 최소평균제곱근 알고리즘(8)을 사용하여 등화기 출력의 비터비 디코더 출력과의 거리를 계산함으로써 갱신된다. 데이터스트림 비트로 표시되는 비터비 디코더(7)의 출력을 양자화된 HF 레벨로 여전히 구성된 등화기 출력에 매칭하기 위해, 소위 타겟 필터(9)(TF)가 사용된다. 이 필터(9)는 특정한 타겟 다항식을 따르도록 디자인된 비터비 디코더(7)에 의해 수행된 디코딩을 기본적으로 반전시킨다. 이러한 타겟 다항식- 및 그러므로 타겟 필터(9) -은 그것이 작용하는 채널의 변조 전달 함수에 가깝게 된다. 그러므로, (DVD 및 BD와 같이) 서로 다른 채널은 서로 다른 모델링 및 타겟 다항식을 필요로 한다.
복구된 비트 스트림인 비터비 디코더(7)의 출력은 복조기(10)(DEM)로 전달되며, 나아가 에러 정정 제어기(ECC, 미도시됨)로 전달된다. 복조기(10)는 적절한 처리 시작 위치를 찾기 위해 데이터에 동기화할 필요가 있으므로, 복조기(10)는 동기화가 달성되자마자 데이터스트림 내에 결함을 검출하는 제 1 블록이다. 그러므로, 일반적으로 복조기(10)는 예컨대 PLL(4)에 대해서 동기 도움 신호나 ECC에 대해서 삭제 정보와 같은 추가적인 에러 정보를 통해 다른 블록들을 지원한다.
런렝쓰 위반을 검출하고, 신호 왜곡을 보상하기 위해 이것을 사용하는 한가지 가능한 방식이 도 3을 참조하여 다음에서 기술된다. 먼저, 고주파수 채널 데이터스트림(HF)은 ADC(2)에 의해 샘플링 및 디지털화되고, SRC(5)에 의해 PLL 회로(미도시)에 의해 공급된 채널 클록율로 리샘플링된다. 이 처리된 데이터스트림은, 짧은 런렝쓰 데이터 패턴, 즉 BD의 경우 2T를 증폭시키도록 디자인된 제 1 필터(11)(FIL1)에 의해 필터링된다. 그 다음의 리미터(12)는 신호 데이터의 신호 0교차부에 근접한 확장을 보장한다. 보상 신호(sl_cmp)가 리미팅 단계 동안에 알게된 임계값을 고려하여 얻어진다. 임계값은 0교차점 부근의 샘플값의 평균 차이로서 계산된다. 도 4에 도시된 신호 리샘플링이 불충분하므로, 0 교차의 두 가지 경우가 발생한다. 이들 경우가 도 5의 a) 및 b)에 좀더 상세하게 도시되어 있다.
상기 경우에 따라, 연속 샘플 사이의 차이( 경우 b)) 또는 더 분리된 샘플 사이의 차이( 경우 a))가 계산되어야 한다. 게다가, 세 개의 샘플이 이미 런렝쓰 위반을 보일 수 있으므로, 추가적인 보상 오프셋이 0교차부 부근의 샘플 분포(예컨대, 0교차부위에 x0 및 x2가 있고, 그 아래에 x1이 있거나 그 반대로 분포됨)에 따라서 유리하게 추가된다. 클록 지터(jitter) 및/또는 잡음으로 인해 상기 두 경우를 오검출하는 경우를 방지하거나 적어도 최소화하기 위해, 잡음 여유가 유리하게 고려된다.
도 6에서, 두 리샘플링 경우를 검출하고 처리하는 간단한 상태기계(state machine)가 도시되어 있다. 먼저, 상태기계는 어떤 경우가 그 다음으로 처리될 것인지를 알아야 한다. 이것은 그 다음 0교차부가 발생하자마자 알게 된다(예컨대 x0>0 및 x1<0). 보상 인자(cmp)가 이제 다음의 공식에 따라 계산된다:
cmpnew= cmpold+ (const*(x1-x0) - cmpold)/abs_value.
여기서, abs_value는 입력 신호 범위가 [-1;+1]인 경우에 예컨대 2와 같은 신호 범위이다. 예컨대, const는 0.5로 선택된다. 보상 인자(cmp)를 기초로 해서, 보상 신호(sl_cmp)가 얻어진다.
도 3으로 돌아가서, 얻어진 보상 신호(sl_cmp)가 이제 비대칭성을 보상하기 위해 사용된다. 이것은 0 교차점 부근의 두 인접한 샘플 사이의 거리, 즉 슬라이스 레벨을 나타낸다. 보상 신호(sl_cmp)는 제 3 필터(13)(FIL3)에 의해 몇 샘플에 걸쳐서 평균이 구해지며, 인자(k)만큼 댐핑된다. 그러나, 입력 신호가 알려져 있을 때, 짧은 런렝쓰 데이터 시퀀스만의 보상을 사용하는 것이 또한 가능하며, 이는 이들 시퀀스가 더 작은 크기를 가지고 있기 때문이다.
전술된 바와 같이, 보상 인자(cmp)는 0 교차점 부근의 인입 데이터 샘플을 증폭시키기 위한 임계값으로서 사용된다. 이것은 인입 샘플(IS)과의 간단한 비교를 통해서 달성된다. 인입 샘플은 이들 샘플이 보상값(cmp)이상인 한 출력 샘플(OS)로서 단지 통과된다. 보상값(cmp)보다 작다면, 인입 샘플의 부호를 고려하여, 보상값이 송신된다. 전체적인 동작을 요약하면 다음과 같다:
만약 abs(IS)>=CMP면
OS=IS;
그렇지 않으면,
OS=sign(IS)*CMP;
증폭된 데이터스트림은 제 2 필터(14)(FIL2)에 의해 고역필터링되며, 이는 주요한 개선이 더 짧은 런렝쓰, 즉 더 높은 주파수에서 얻어지기 때문이다. 원래의 데이터스트림을 이 신호에 추가함으로써, 개선된 고주파수 습성을 갖는 새로운 신호가 얻어진다. 간단한 임계값 비트 검출기(15)를 사용하여, 디지털 비트가 이 신호 데이터로부터 검출된다. 이제, 제 1 런렝쓰 카운터(16)는 도 7에 도시된 바와같은 0 교차점 이상 또는 미만의 샘플들을 카운트함으로써 합리적인 에러율에 따라 런렝쓰를 검색한다.
검색된 런렝쓰에 기초하여, 최소 런렝쓰 위반이 이제 검출되며, 제 1 런렝쓰 위반 검출기(17)와 런렝쓰 보상기(18)를 사용하여 정정된다. 최소 런렝쓰 위반의 예가 도 8에 도시되어 있다. 검출된 위반 샘플은 유리하게는 신호 왜곡을 보상하기 위한 평균값으로 사용된다. 이러한 용도를 위해, 누산기(19)에는 위반이 발생하는 한 런렝쓰 보상 신호(r1_cmp)가 공급된다. 누산기(19)의 증가하는 또는 감소하는 값은 제 4 필터(20)(FIL4)에 의해 댐핑되고 리샘플링된 데이터스트림에 추가된다.
더나아가, 신호 품질 및 잡음 레벨은 긴 런렝쓰 상의 리플을 측정함으로써 감시된다. 만약 잡음 레벨이 너무 크다면, 비터비 디코딩은 아마 실패할 것이다. 이것은 제 2 런렝쓰 카운터(21)의 출력을 사용하여 검출된다. 이전에 검출된 긴 런렝쓰는 지연되어, 타겟 필터(9)에 의해 필터링된 비터비 디코더(7)의 출력과 비교된다. 입력 샘플과 필터링된 비터비 출력 샘플 사이의 중간 거리는 신호 품질 및 비트 복구 성능의 측정치를 제공한다. 입력 신호(흰색 원)와 필터링된 비터비 디코더 출력(검은색 원) 사이의 거리의 예가 도 9에 도시되어 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 신호 비대칭성이 발생하는 유형의 레코딩 매체에서 이러한 신호 비대칭성을 극복하는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 데이터가 복조기에 의해 복조되는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법에 있어서,
    상기 복조 이전에 런렝쓰 위반(runlength violation)을 검출하는 단계와,
    상기 복조 이전에 상기 검출된 런렝쓰 위반을 정정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 신호 품질 표시를 얻기 위한 런렝쓰 위반 율 및/또는 경향(trend)을 감시하는 단계를 더 포함하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 신호 품질 표시는 신호 왜곡을 보상하거나 재생 방식을 변경하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 신호 데이터를 신호 0 교차부 근처까지 확장하는 단계를 더 포함하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 런렝쓰 위반을 검출하고 정정하는 단계가 수행될지의 여부를 상기 신호 품질을 기초로 해서 판정하는 단계를 더 포함하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 방법.
  6. 데이터가 복조기에 의해 복조되는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 디바이스에 있어서,
    상기 복조 이전에 런렝쓰 위반을 검출하기 위한 런렝쓰 위반 검출기(17, 22)와, 상기 복조 이전에 상기 검출된 런렝쓰 위반을 정정하기 위한 런렝쓰 위반 정정기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 디바이스.
  7. 제 6항에 있어서, 신호 품질 표시를 얻기 위해 런렝쓰 위반의 율 및/또는 경향을 감시하기 위한 수단을 더 포함하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 신호 품질 표시는 신호 왜곡을 보상하거나 재생 방식을 변경하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 디바이스.
  9. 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신호 데이터를 신호 0 교차부 근처까지 확장하기 위한 리미터(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구 디바이스.
  10. 레코딩 매체로부터 판독하고 및/또는 상기 레코딩 매체에 기록하기 위한 장치에 있어서,
    비대칭 데이터 채널에서의 비트 복구를 위해 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 사용하고, 제 6항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 레코딩 매체로부터 판독하고 및/또는 레코딩 매체에 기록하기 위한 장치.
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