TWI415429B - 部分響應等化器優化方法及其裝置 - Google Patents

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部分響應等化器優化方法及其裝置
本發明是有關於一種等化器優化方法及其裝置，特別是有關於用於磁性記錄系統之部分響應等化器優化方法及其裝置。
隨著磁性系統裡磁性記錄密度的增加，非線性效應(轉變偏移(transition shift)和部分擦除(partial erasure))亦相對應出現，此非線性效應會限制檢測器的表現。在之前已經有數個模型被提出來以描述非線性失真的現象。並且，已有許多研究確認，如果通道模型更為複雜的話，此模型檢測器的複雜性可能會變的非常高。
近期研究中，通常會先把頻道等化到一個較短長度的目標響應(target response)。接著，由一最大似然序列檢測器(maximum likelihood sequence detector)，主要是維特比解碼器(Viterbi decoder)，來恢復儲存的資料數據。這種方法被列為部分響應最大似然(partial response maximum likelihood,PRML)序列的檢測，藉由此方法可以在一個合理的實現複雜性中達到一個可以接受的表現。所以一個部分等化器就是在設計一個部分響應最大似然(PRML)檢測器，並且此等化器的設計將會直接影響相對應維特比解碼器(Viterbi decoder)的表現。
然而，很少有研究者研究等化器在非線形性通道的 設計。這些非線性效應會複雜化儲存的資料數據，使得等化器設計的困難度增加許多。因此，設計一部分響應等化器優化方法及其裝置以應用於磁性記錄系統，已成研究發展上之一刻不容緩的問題。
有鑑於上述習知技術之問題，本發明之目的就是在提供一種部分響應等化器優化方法及其裝置，以解決等化器在磁性記錄系統因非線性效應設計困難的問題。
根據本發明之目的，提出一種部分響應等化器優化方法，係用於磁性記錄系統，其包含下列步驟。由數據序列經過編碼器以產生編碼訊號；由編碼訊號結合非線性簡化參數，並經過通道響應以產生通道響應輸出訊號，非線性簡化參數係滿足下列條件： 其中，γ 1及γ 2各為一簡化參數、b m 為第m個編碼訊號，並通道響應h(kT)係為滿足周期之函數，k為週期數；由通道響應輸出訊號結合一雜訊，並經過一等化器以產生一等化器輸出值；由該編碼訊號經過一目標響應，以產生一目標響應輸出值d m ，目標響應係滿足下列條件： 其中，與各為一(N 1+L 1)×1與(N 2+L 2+1-N)×1之零 轉置矩陣，為一N×1之p值轉置矩陣，且該N 1,L 1,N 2,L 2各為一數值及N為響應之階數；定義一均方誤差為該目標響應輸出值與該等化器輸出值的差值平方之期望值，該均方誤差係滿足下列條件： 其中，E[‧]為取期望值之動作；以及根據正交原理對該均方誤差作最小化之動作。
此外，本發明更提出一種部分響應等化器優化裝置，係用於磁性記錄系統，係包含：編碼器、通道響應單元、等化器、目標響應單元、處理單元。其中編碼器接收數據序列，並對數據序列編碼，以產生編碼訊號。通道響應單元接收編碼訊號與非線性簡化參數結合之第一結合訊號，以產生通道響應輸出訊號，非線性簡化參數係滿足下列條件： 其中，γ 1及γ 2各為一簡化參數、b m 為第m個編碼訊號，並通道響應h(kT)係為滿足周期之函數，k為週期數。等化器接收通道響應輸出訊號與雜訊結合之第二結合訊號，以產生等化器輸出值。目標響應單元接收編碼訊號，以產生目標響應輸出值d m ，目標響應單元係滿足下列條件： 其中，與各為一(N 1+L 1)×1與(N 2+L 2+1-N)×1之零轉置矩陣，為一N×1之p值轉置矩陣，且該N 1,L 1,N 2,L 2各為一數值及N為響應之階數。處理單元將目標響應輸出值與等化器輸出值之差值作平方，並取期望值為均方誤差，且根據正交原理將均方誤差最小化。
其中，編碼器係為不歸零反轉編碼器。編碼訊號為不歸零反轉編碼訊號，並不歸零反轉編碼訊號為數據序列中之當次時間的第一數據訊號與數據序列中之前次時間的第二數據訊號所決定。
其中，雜訊為白色高斯雜訊。通道響應輸出訊號不受白色高斯雜訊影響。
承上所述，本發明之部分響應等化器優化方法及其裝置，其可具有一個或多個下述優點：
(1)當部分擦除率為0.4<γ 1<0.7時，本發明之最小均方誤差等化器相較於傳統的等化器提高了約2 dB。
(2)本發明設計應用於磁性記錄系統之部分響應等化器優化方法及其裝置，可延伸應用在高階層的部分響應通道。
以下將參照相關圖式，說明依本發明之部分響應等化器優化方法及其裝置之實施例，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。
請參閱第1圖，其係為本發明之部分響應等化器優化裝置之實施例方塊圖。如圖，此用於磁性記錄系統之部份響應等化器優化裝置包含編碼器10、通道響應單元11、等化器12、目標響應單元13、處理單元14。此編碼器10係為一不歸零反轉(nonreturn-to-zero-inverted,NRZI)編碼器。該不歸零反轉(NRZI)編碼器10產生之編碼訊號21為一不歸零反轉(NRZI)編碼訊號bm，且該不歸零反轉(NRZI)編碼訊號21由數據序列中之當次時間的第一數據訊號am 20與數據序列中之前次時間的第二數據訊號am-1 20相減而成。且當次時間的不歸零反轉(NRZI)編碼訊號bm 21與前次時間的不歸零反轉(NRZI)編碼訊號bm-1 21決定非線性簡化參數22。通道響應輸出訊號23被一雜訊nm 24破壞，且此雜訊24為白色高斯雜訊。目標響應單元13內的目標響應由一向量p所標示。
承接上述，最小均方誤差等化器的設計係將均方誤差最小化，即 其中，d m 為目標響應輸出值25，為等化器輸出值26，且 向量q與nm的大小係為(N 2+N 1)×1，滿足下列條件： 和 並且，向量rm 22包含一轉變寬度定量rm，且不歸零反轉(NRZI)編碼訊號bm 21的大小為(L 2+L 1+N 2+N 1+1)×1，而向量rm滿足下列條件： 大小為(N 2+N 1+1)×(L 2+L 1+1)矩陣H係滿足下列條件：
目標響應輸出值d m 25滿足下列條件：d m =w T b m 向量bm與w分別滿足下列條件： 和 並且，向量和的大小各為(N 1+L 1)×1,N×1和(N 2+L 2+1-N)×1，而N為部分響應之階數。舉例來說，四階部分響應通道的w可如下所示 所以可得目標響應輸出值d m 25為 d m =w T b m =b m +b m-1=a m -a m-2
此外，定義均方誤差為，並假設通道響應輸出訊號23與雜訊nm 24為獨立，換言之， 與。均方誤差J(q)可由下列矩陣表示：J(q)-w T Bw-w T QH T q-q T HQw +q T HRH T q+q T Nq其中，且該矩陣的第(i,j)元素係如下： 且矩陣Q,R和N定義如下： 矩陣Q和R的大小為(N 2+L 2+N 1+L 1+1)×(N 2+L 2+N 1+L 1+1)，矩陣N的大小為(N 2+N 1+1)×(N 2+N 1+1)。並矩陣R的第(i,j)元素係如下： 矩陣Q的第(i,j)元素係如下 假設雜訊nm 24為一標準差為σ且相同獨立的分佈，矩陣N的第(i,j)元素係如下 根據正交原理，當向量q為q T =w T QH T (HRH T +N)-1時，均方誤差J(q)將可被最小化。
請參閱第2圖，其係為本發明之部分響應等化器優 化裝置之實施流程圖。其係用於磁性記錄系統。如圖，本實施流程包含下列步驟。首先如步驟S21，由一數據序列經過編碼器以產生編碼訊號。步驟S22，由編碼訊號結合一非線性簡化參數，並經過通道響應以產生通道響應輸出訊號，非線性簡化參數係滿足下列條件： 其中，γ 1及γ 2各為一簡化參數、b m 為第m個編碼訊號，並通道響應h(kT)為一第k個週期之函數。
接著如步驟S23，由通道響應輸出訊號結合一雜訊，並經過等化器以產生等化器輸出值。
步驟S24，由編碼訊號經過目標響應，以產生目標響應輸出值d m ，目標響應係滿足下列條件： 其中，與各為一(N 1+L 1)×1與(N 2+L 2+1-N)×1之零轉置矩陣，為一N×1之p值轉置矩陣，且該N 1,L 1,N 2,L 2各為一大小值及N為響應之階數。
再來如步驟S25，定義一均方誤差為目標響應輸出值與等化器輸出值的差值平方之期望值，均方誤差係滿足下列條件： 其中，E[‧]為取期望值之動作。
最後如步驟S26，根據正交原理對均方誤差作最小 化之動作。
綜上所述，藉由此部分響應等化器優化方法及其裝置，當部分擦除率為0.4<γ 1<0.7時，最小均方誤差等化器相較於傳統的等化器提高了約2 dB。並且，此優化方法及其裝置可進一步延伸應用在高階層的部分響應通道。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
10‧‧‧編碼器
11‧‧‧通道響應單元
12‧‧‧等化器
13‧‧‧目標響應單元
14‧‧‧處理單元
20‧‧‧數據訊號
21‧‧‧編碼訊號
22‧‧‧非線性簡化參數
23‧‧‧通道響應輸出訊號
24‧‧‧雜訊
25‧‧‧目標響應輸出值
26‧‧‧等化器輸出值
S21~S26‧‧‧步驟
第1圖 係為本發明之部分響應等化器優化裝置之實施例方塊圖；以及第2圖 係為本發明之部分響應等化器優化裝置之實施流程圖。
10‧‧‧編碼器
11‧‧‧通道響應單元
12‧‧‧等化器
13‧‧‧目標響應單元
14‧‧‧處理單元
20‧‧‧數據訊號
21‧‧‧編碼訊號
22‧‧‧非線性簡化參數
23‧‧‧通道響應輸出訊號
24‧‧‧雜訊
25‧‧‧目標響應輸出值
26‧‧‧等化器輸出值

Claims (10)

  1. 一種部分響應等化器優化方法，係用於磁性記錄系統，其包含下列步驟：由一數據序列經過一編碼器以產生一編碼訊號；由該編碼訊號結合一非線性簡化參數，並經過一通道響應以產生一通道響應輸出訊號，該非線性簡化參數係滿足下列條件： 其中，γ 1及γ 2各為一簡化參數、b m 為第m個編碼訊號，並該通道響應係為滿足周期之函數h(kT)，k為週期數；由該通道響應輸出訊號結合一雜訊，並經過一等化器以產生一等化器輸出值；由該編碼訊號經過一目標響應，以產生一目標響應輸出值d m ，該目標響應係滿足下列條件： 其中，與各為一(N 1+L 1)×1與(N 2+L 2+1-N)×1之零轉置矩陣，為一N×1之p值轉置矩陣，且該N 1,L 1,N 2,L 2各為一數值及N為響應之階數；定義一均方誤差為該目標響應輸出值與該等化器輸出值的差值平方之期望值，該均方誤差係滿足 下列條件： 其中，E[‧]為取期望值之動作；以及根據正交原理對該均方誤差作最小化之動作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之部分響應等化器優化方法，其中該編碼器係為一不歸零反轉編碼器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之部分響應等化器優化方法，其中該編碼訊號為一不歸零反轉編碼訊號，並該不歸零反轉編碼訊號係為該數據序列中之當次時間的一第一數據訊號與該數據序列中之前次時間的一第二數據訊號所決定。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之部分響應等化器優化方法，其中該雜訊係為一白色高斯雜訊。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之部分響應等化器優化方法，其中該通道響應輸出訊號不受該白色高斯雜訊影響。
  6. 一種部分響應等化器優化裝置，係用於磁性記錄系統，係包含：一編碼器，係接收一數據序列，並對該數據序列編碼，以產生一編碼訊號；一通道響應單元，係接收該編碼訊號與一非線性簡化參數結合之一第一結合訊號，以產生一通道響應輸出訊號， 該非線性簡化參數係滿足下列條件： 其中，γ 1及γ 2各為一簡化參數、b m 為第m個編碼訊號，並該通道響應係為滿足周期之函數h(kT)，k為週期數；一等化器，係接收該通道響應輸出訊號與一雜訊結合之一第二結合訊號，以產生一等化器輸出值；一目標響應單元，係接收該編碼訊號，以產生一目標響應輸出值d m ，該目標響應單元係滿足下列條件： 其中，與各為一(N 1+L 1)×1與(N 2+L 2+1-N)×1之零轉置矩陣，為一N×1之p值轉置矩陣，且該N 1,L 1,N 2,L 2各為一數值及N為響應之階數；以及一處理單元，係將該目標響應輸出值與該等化器輸出值之差值作平方，並取期望值為一均方誤差，且根據正交原理將該均方誤差最小化。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之部分響應等化器優化裝置，其中該編碼器係為一不歸零反轉編碼器。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之部分響應等化器優 化裝置，其中該編碼訊號為一不歸零反轉編碼訊號，並該不歸零反轉編碼訊號係為該數據序列中之當次時間的一第一數據訊號與該數據序列中之前次時間的一第二數據訊號所決定。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之部分響應等化器優化裝置，其中該雜訊係為一白色高斯雜訊。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之部分響應等化器優化裝置，其中該通道響應輸出訊號不受該白色高斯雜訊影響。
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