KR20060085347A - 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기에 관한 것으로, 예를 들어 고밀도 광 기록/재생 시스템의 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기에 포함 구성되는 등화기의 계수가, 각종 외란에 상응하여 적절히 갱신되도록 함으로써, 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기의 성능을 향상시킬 수 있게 되어, 고밀도 광 기록/재생 시스템의 비 선형적인 채널 특성을 극복할 수 있게 되므로, 데이터 재생의 신뢰성을 보다 높일 수 있게 되며, 또한 비터비 검출기의 디코딩 윈도우 사이즈를, 비트에러율(BER) 수렴 범위로 제한함으로써, 적응형(Adaptive) 등화기의 레지스터 등을 간소화하여, 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기의 하드웨어를 효율적으로 최소화시킬 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

부분 응답 최대 유사 검출기, 적응형 등화기, 비터비 검출기, 등화기 계수, 디코딩 윈도우 사이즈, 비트에러율

Description

적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기 {Expanded partial response maximum likelihood detector using an adaptive equalization}

도 1은 일반적인 부분 응답 최대 유사 검출기에 대한 구성을 도시한 것이고,

도 2는 일반적인 등화기에 대한 구성을 도시한 것이고,

도 3은 일반적인 비터비 디코더에서의 디코딩 패턴을 도시한 것이고,

도 4는 본 발명이 적용되는 부분 응답 최대 유사 검출기에 대한 구성을 도시한 것이고,

도 5는 본 발명에 따라 광 기록 채널에 기록된 데이터가 2 차 부분 응답 다항식을 갖는 PR(1,2,2,1)ML을 통해 검출되는 실시예를 도시한 것이고,

도 6은 본 발명에 따라 적응형 등화기와 비터비 검출기의 디코딩 윈도우 사이즈를 변화시켰을 때의 비트에러율(BER)을 도시한 것이고,

도 7은 본 발명에 따른 적응형 등화기의 계수가 갱신되는 과정에 대한 실시예를 도시한 것이고,

도 8 내지 도 12는 본 발명에 따른 실험 결과를 도시한 것이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 등화기 11 : 비터비 디코더

20 : 적응형 등화기 21 : 비터비 검출기

22 : 지연기

본 발명은, 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기에 관한 것으로, 예를 들어 고밀도 광 기록/재생 시스템의 부분 응답 최대 유사(PRML: Partial Response Maximum Likelihood) 검출기의 성능을 향상시킴과 아울러, 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기의 사이즈를 최소화시킬 수 있는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기에 관한 것이다.

일반적인 광 기록/재생 시스템에 이용되는 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기는, 도 1에 도시한 바와 같이, 등화기(Equalizer)(10)와 비터비 디코더(Viterbi Decoder)(11)로 구성되는 데, 상기 등화기(10)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 계수(C,Y)가 고정된 구조를 가지고 있으며, 상기 비터비 디코더(11)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 기본적인 디코딩 패턴(Pattern)을 가진다.

한편, 상기와 같이 등화기(10)에 계수(C,Y)가 고정되어 있는 경우에는, 각종 외란, 예를 들어 지터(Jitter) 틸트(Tilt), 디 포커스(De-focus) 등에 적절히 대응 할 수가 없게 되므로, 채널 특성이 열화되는 경우, 기록된 데이터의 손실이 매우 커지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 예를 들어 광 기록/재생 시스템에 이용되는 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기에 포함 구성되는 등화기의 계수가, 각종 외란에 상응하여 적절히 갱신되도록 함으로써, 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기의 성능을 향상시킬 수 있는, 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기를 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명은, 비터비 검출기의 디코딩 윈도우 사이즈(Decoding Window Size)를, 비트에러율(BER: Bit Error Rate) 수렴 범위로 제한함으로써, 적응형(Adaptive) 등화기의 레지스터(Register) 등을 간소화하여, 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기의 하드웨어를 효율적으로 최소화시킬 수 있는, 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기를 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기는, 재생 데이터에 대해 적응 등화(Adaptive Equalization) 과정을 수행하는 적응형 등화기; 상기 적응형 등화기의 출력 값을 디코딩하여 최소의 경로 메트릭을 구하고, 이를 통해 가장 유사한 가지 값을 결정하기 위한 비터비 검출기; 및 상기 적응형 등화기의 출력 값을 지연시키기 위한 지연기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 적응형 등화기는, 상기 지연기에 의해 지연된 출력 값과, 상기 비터비 검출기에서 결정한 가지 값을 가감 연산을 통해 얻어진 에러 값을 기준으로 적응 등화 계수를 갱신하고, 상기 비터비 검출기의 디코딩 윈도우 사이즈는, 비트에러율 수렴 범위로 제한되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는, 본 발명에 따른 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기에 대한 구성을 도시한 것으로, 상기 부분 응답 최대 유사((PRML) 검출기에는, 적응형 등화기(Adaptive Equalizer)(20)와, 비터비 검출기(Viterbi Detector) (21), 그리고 지연기(Delay)(22)가 포함 구성된다.

한편, 상기 적응형 등화기(20)에서는, 광 기록 채널에서 재생되는 데이터에 대해 등화 과정을 수행하게 되고, 상기 적응형 등화기의 출력 값은, 상기 비터비 검출기(21)로 입력되어, 가지 메트릭(BM: Branch Metric)을 계산하는 과정을 수행함과 동시에, 확장된 형태의 적응 등화 과정을 수행하기 위해, 상기 지연기(22)에 저장되는 데, 상기 지연기(22)는, 상기 적응형 등화기(20)의 출력 값에 의해 적응 등화 과정이 처음 수행되기까지 입력되는 비트 수만큼 필요하다.

그리고, 상기 비터비 검출기(21)가, 데이터를 검출할 때 필요한 디코딩 깊이보다 작은 순간에 적응 등화를 위한 최소의 경로 메트릭(PM: Path Metric)을 구하고, 이를 통해 가장 유사한 기준 가지 값(Reference Branch Value)을 결정하며, 상기 지연기(22)에 저장되어 있는 등화기 출력 값과, 상기 비터비 검출기(21)에서 결 정한 기준 가지 값을 가감 연산을 통해 얻어진 에러 값은, 상기 적응형 등화기(20)의 계수 값을 갱신하기 위해 사용되는 데, 이러한 등화기 계수 갱신 과정은 비트 단위로 반복 수행된다.

한편, 도 5는, (1,7) 런 렝스 제한(RLL: Run-Length Limited) 부호화 과정을 거쳐서 광 기록 채널에 기록된 데이터가, 2 차 부분 응답 다항식을 갖는 PR(1,2,2,1)ML을 통해 검출되는 실시예를 도시한 것으로, 등화 과정을 위해 필요한 등화기 탭의 수가 7 개이고, 채널에서 들어오는 데이터가 탭의 가운데에 입력되는 순간 등화기에서 출력이 나오게 된다.

또한, 등화기 탭 계수 갱신을 위한 비터비 트렐리스의 디코딩 깊이를 4 로 한 상태에서, PR(1,2,2,1)ML의 경우, 비터비 트렐리스의 상태 수는 4 개이고, (1,7) RLL 인코딩으로 인해 비터비 트렐리스에서 가지의 수는, 2 개가 제거되어 총 6 개만 존재한다.

그리고, 상기 등화기 출력이 비터비 트렐리스로 입력된 경우, BM 및 PM을 계산하여, 최소의 PM 값을 판단함과 동시에, 그에 대응되는 기준 가지 값을 결정하게 되고, 이와 같이, 등화기 출력과 비터비 검출기에 의해 결정된 기준 가지 값과의 차이에 의한 에러 값은, 등화기 탭 계수를 갱신하기 위해 다시 적응형 등화기로 입력되는 데, 도 6은 적응형 등화기와 비터비 검출기의 디코딩 윈도우 사이즈(Decoding Window Size)를 변화시켰을 때의 비트에러율(BER)을 도시한 것으로, 예를 들어 상기 디코딩 윈도우 사이즈가, 4 개 일 때 수렴이 시작됨을 알 수 있다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 적응형 등화기의 계수가 갱신되는 과정에 대한 실시예를 도시한 것으로, 예를 들어 채널 탭의 수는 7 개이고, 적응 등화를 위한 비터비 트렐리스에서의 디코딩 깊이는 4이며, 등화기 출력이 비터비 검출기로 입력되어, 최소 PM에 대응하는 기준 가지 값을 결정한 후, 등화기 계수 갱신을 위한 에러 값을 구하기 위해 이전 등화기 출력 값이 필요하다.

따라서, 등화기 출력을 저장하기 위해 디코딩 깊이 만큼의 지연기(22)가 요구되는 데, 에러 값은 최소 제곱 에러(MSE: Minimum Square Error) 기준을 토대로 LMS 알고리즘을 이용하여 등화기 탭 계수를 갱신하게 되며, 이 과정에서, 비터비 검출기에서 적응 등화를 위한 디코딩 깊이가 존재함으로 인해 등화기 계수 갱신을 위한 4 개의 지연기가 필요하게 된다.

한편, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 기록 용량이 23GB급인 광 기록 채널에 대해 PR(1,2,2,1) 등화기 출력의 분포를 살펴보면, 신호의 천이에 대한 지터 잡음이 차지하는 비율이 15%, 신호 대 백색 가우시안 잡음(White Gaussian Noise)의 비가 30dB일 때, 등화기 출력에 대해 진폭 구간을 0.1 단위로 나누어 누적시켜 분포도를 나타내었다.

그리고, 채널 입력 데이터 시퀀스가 +1/-1의 값으로 저장된다고 가정할 경우, (1,7)RLL 인코딩된 데이터에 대한 PR(1,2,2,1) 등화기 출력 값은 {-4,-2,+2,+4} 부근에 분포되어야 하고, 데이터 출력 구분이 뚜렷해질수록 데이터 검출 성능이 우수한 것으로 알려져 있다.

한편, 도 8은, 적응 등화를 하지 않은 경우의 PR(1,2,2,1) 등화기 출력이고, 도 9는 확장된 적응 등화 과정을 거친 데이터 출력을 나타내는 것으로, 일반적인 등화 방식에서는, 지터 잡음에 적절하게 대응하지 못해, 각 출력 신호간의 구분이 명확하지 않지만, 본 발명이 적용된 적응형 등화기를 사용한 경우, 지터 잡음에 의한 비 선형적인 특성이 크게 발생함에도 불구하고, 상대적으로 원하는 데이터 출력 부근의 발생 빈도수가 매우 높게 나타남을 볼 수 있다.

그리고, 도 10 및 도 11은, 도 8 및 도 9에서와 동일한 실험을, 기록 용량이 27GB급인 광 기록 채널에 대해 PR(1,2,2,2,1) 등화기로 수행한 결과로써, 본 발명이 적용된 적응 등화기를 사용했을 때 성능이 확연히 우수해 짐을 알 수 있으며, 도 12에서는, 23GB급 광 기록 시스템과 유사한 채널 모델에 대해, 본 발명에서 개발한 확장된 형태의 적응 PRML 검출기 구조에 대한 성능을 종래의 PRML 검출기 성능과 비교하여 나타내었다.

한편, 신호 대 부가적인 백색 가우시안 잡음의 비를 28dB로 고정시킨 후, 지터 잡음 비율을 0%에서 15%까지 증가시켜가면서 적응 등화를 하지 않는 PRML과 확장된 형태의 적응 PRML의 상대적인 비트에러율을 나타내었는 데, PR 등화 목표 차수가 2 차인 PR(1,2,2,1)ML과 3 차인 PR(1,2,2,2,1)ML에 대해 각각 실험을 수행하였으며, 도 12에 도시한 바와 같이, 지터 비율이 증가함에 따라 적응 등화를 하지 않는 PRML 검출기보다 확장된 형태의 적응 PRML 검출기에서 전체적인 비트에러율 성능이 상당히 향상됨을 알 수 있다.

또한, 적응 등화를 하지 않는 PRML에 대해 PR(1,2,2,1)ML보다 PR(1,2,2,2,1)ML이 현저한 성능 개선이 있으나, 지터 비율이 증가함에 따라 심각한 성능 열화가 발생하는 것과 달리, 확장된 적응 등화 방법을 이용할 경우에는 차수 가 상대적으로 낮은 PR(1,2,2,1)ML에서도 성능 열화가 덜 발생하게 되어, 지터 비율이 12% 이상에서는 종래의 PR(1,2,2,2,1)ML보다 확장된 적응 PR(1,2,2,1)ML 검출기의 성능이 우월함을 알 수 있다.

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

상기와 같이 구성 및 동작되는 본 발명에 따른 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기는, 예를 들어 고밀도 광 기록/재생 시스템의 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기에 포함 구성되는 등화기의 계수가, 각종 외란에 상응하여 적절히 갱신되도록 함으로써, 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기의 성능을 향상시킬 수 있게 되어, 고밀도 광 기록/재생 시스템의 비 선형적인 채널 특성을 극복할 수 있게 되므로, 데이터 재생의 신뢰성을 보다 높일 수 있게 되며, 또한 비터비 검출기의 디코딩 윈도우 사이즈를, 비트에러율(BER) 수렴 범위로 제한함으로써, 적응형(Adaptive) 등화기의 레지스터 등을 간소화하여, 부분 응답 최대 유사(PRML) 검출기의 하드웨어를 효율적으로 최소화시킬 수 있게 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 재생 데이터에 대해 적응 등화(Adaptive Equalization) 과정을 수행하는 적응형 등화기;

   상기 적응형 등화기의 출력 값을 디코딩하여 최소의 경로 메트릭을 구하고, 이를 통해 가장 유사한 가지 값을 결정하기 위한 비터비 검출기; 및

   상기 적응형 등화기의 출력 값을 지연시키기 위한 지연기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 적응형 등화기는, 상기 지연기에 의해 지연된 출력 값과, 상기 비터비 검출기에서 결정한 가지 값을 가감 연산을 통해 얻어진 에러 값을 기준으로 적응 등화 계수를 갱신하는 것을 특징으로 하는 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 적응 등화 계수의 갱신 동작은, 데이터의 비트 단위로 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 적응 등화 계수는, 지터, 틸트, 디 포커스 중 적어도 어느 하나 이상의 외란에 의해 갱신되는 것을 특징으로 하는 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 비터비 검출기의 디코딩 윈도우 사이즈는, 비트에러율 수렴 범위로 제한되는 것을 특징으로 하는 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 지연기는, 상기 적응형 등화기의 출력 값에 의해 적응 등화 과정이 처음 수행되기까지 입력되는 비트 수에 일치하는 개수만큼 포함 구성되는 것을 특징으로 하는 적응 등화를 이용하는 확장된 부분 응답 최대 유사 검출기.

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