KR100515718B1

KR100515718B1 - 정보 기록 재생 장치 및 방법, 및 신호 복호회로

Info

Publication number: KR100515718B1
Application number: KR10-2001-0074300A
Authority: KR
Inventors: 이치하라가즈히토; 스가와라다카오; 사토유이치; 모리타도시히코; 다카츠모토무
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2005-09-16
Also published as: DE60132980T2; EP1267345A1; CN1945717A; JP2002367291A; KR20020096827A; CN1391220A; EP1267345B1; US7031090B2; CN100344067C; DE60132980D1; US20030026028A1; JP4191393B2

Abstract

본 발명은 자기 기록 재생 채널의 잡음 특성을 정확하게 모델화한 잡음 모델의 특성을 효율적으로 복호 과정에 채택하여 복호 성능을 향상시키는 것을 과제로 한다.

최대 사후 확률 복호(MAP 복호)에 있어서, 트레이닝에 의해 잡음 상관 연산부(84)에서 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴에 의존한 과거 및 미래의 상태에 대한 잡음의 상관과 그 분산을 산출하여 기억한다. 재생 시는, 백색화 잡음 연산부(91)가 기억한 잡음의 상관과 그 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 과거 및 미래의 상태에 대한 백색화 잡음값을 구하고, 입력 신호 연산부(92)가 과거 및 미래의 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산으로부터 최대 사후 확률 복호의 입력 신호(채널 정보) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하며, 이 입력 신호로부터 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)에서의 우도(尤度, likelihood)를 구한다.

Description

정보 기록 재생 장치 및 방법, 및 신호 복호회로{INFORMATION RECORDING AND REPRODUCING APPARATUS AND METHOD, AND SIGNAL DECODING CIRCUIT}

본 발명은 자기 디스크, MO, 광 디스크, 자기 테이프 등의 정보 기록 재생 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 반복형 복호에 자기 기록 재생계의 잡음 특성을 채택하여 복호하는 정보 기록 재생 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래, 기록 재생 장치에는 기록한 신호를 오류 없이 재생하기 위해, 강력한 에러 정정 기능이 탑재되어 있다. 이 에러 정정에 의해 비로소 노이즈가 포함된 불안정한 신호 중에서 기록 신호를 확실하게 복원하는 것이 가능해진다.

최근, 기록 재생 장치의 에러 정정은 주로 PRML(Partial Response Maximum Likelihood) 및 ECC(Error Correction Code)라고 부르는 두가지 수법의 조합에 의해 실현되고 있다.

PRML은 기록 채널을 부호간 간섭이 있는 부분 응답(Partial Response) 채널(PR 채널)로 간주하고, 일반적으로 비터비 검출기를 이용한 최우(最尤) 복호(Maximum Likelihood Decoding)를 행하는 방법이다.

또한, 최근 PRML로 바뀌는 새로운 부호·복호 방법으로서, 터보 부호나 저밀도 패리티 검사 부호(LDPC: Low Density Parity Check Code) 등이 제안되어 있다. 이들은 반복 계산에 의해 복호를 행하기 때문에, 여기서는 반복형 복호법(iterative decoding method)이라고 총칭한다.

반복형 복호법으로서는 미국특허 제5446747호 명세서 도면에 개시되어 있는 터보 부호가 대표적이다. 터보 부호는 2개의 재귀적(再歸的) 조직 콘벌루셔널 부호(RSC: Recursive systematic convolutional code)를 랜덤 인터리버를 통하여 접속한 병렬 연접(parallel concatenation) 부호이고, 복호는 2개의 연(軟)입출력 복호기를 이용한 반복 계산에 의해 행한다.

터보 부호는 통신 분야에서 고안되었으나, 자기 기록 재생계의 PR 채널에 적용할 경우, 2개의 요소 부호기(constituent encoder)를 랜덤 인터리버를 통하여 종렬 연접(serial concatenation)한 구성을 취한다. 이 때, 채널에 가까운 요소 부호기를 내측 부호기(inner encoder), 다른 한쪽의 요소 부호기를 외측 부호기(outer encoder)라고 부른다. PR 채널에서는 채널 자체를 콘벌루셔널 부호기로 간주할 수 있기 때문에, 내측 부호기는 분명히 설치할 필요가 없다. 한편, 외측 부호기로서는 2개의 재귀적 조직 콘벌루셔널 부호(RSC)를 이용하는 것이나 1개의 재귀적 조직 콘벌루셔널 부호(RSC)를 이용하는 것 등이 다양하게 제안되어 있다.

또한, 문헌 「R.G.Gallager, "Low-Density Parity-Check Codes," Cambridge, MA: MIT Press, 1963」에 개시되는 저밀도 패리티 검사 부호(LDPC: Low density parity check codes)를 이용하는 경우도 있다.

반복형 복호법의 복호기는 내측 복호기와 외측 복호기라고 부르는 2개의 요소 복호기(constituent decoder)로 구성한다. 반복형 복호법에서 특징적인 점은 최대 사후 확률(MAP: Maximum a posteriori Probability) 복호를 행한다는 점이며, 그 때문에 2개의 요소 복호기는 모두 연입력/연출력(SISO: Soft-In/Soft-Out) 복호기로 된다. SIS0 복호기는 단지 0 또는 1이라는 경(硬)판정 결과를 출력하는 것이 아니라, 0.4나 0.9라는 신뢰도 정보를 출력한다.

콘벌루셔널 부호 등의 상태 천이에서 정의되는 부호에 대한 연입력/연출력(SISO) 복호의 구체적인 계산법으로서 BCJR(Bahl-Cocke-Jeinek-Raviv) 알고리즘이 있다. BCJR 알고리즘은 문헌 「L.R.Bahl et al., "Optimal decoding of linear codes for minimizing symbol error rate," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 20, pp. 248-87, 1974.」에 상세하게 설명되어 있다. 이러한 반복형 복호법은 PRML 복호법을 상회하는 높은 에러 정정 능력을 갖고 있어, 차세대 부호 복호 방법으로서 유망시되고 있다.

그런데, 정보 기록 재생 장치에 있어서는, 자기 기록 재생 채널의 잡음 특성을 정확하게 예측하여 복호 과정에 채택하도록 하면, 에러 레이트 성능을 향상시킬 수 있다.

종래의 정보 기록 재생 장치에서의 잡음 예측법(Noise prediction scheme)으로서 베이스가 되는 복호법은 비터비에 의한 최우 복호법(Viterbi Maximum Likelihood)이며, 예를 들어 미국특허 제6158027호 명세서 도면, 미국특허 제6104766호 명세서 도면, 미국특허 제5784415호 명세서 도면 및 EPC 특허 제WO9852330호 명세서 도면 등이 있다.

그러나, 이들 특허 중에는 최대 사후 확률 복호법(MAP: Maximum a posteriori Probability), 터보(Turbo) 복호법, 저밀도 패리티 검사 부호법(LDPC) 등의 반복형 복호법(Iterative decoding Method)에 잡음 예측법을 적용한 것은 없다. 또한, 이들 특허에서는, 잡음 상관의 입력 신호 패턴 의존성은 전혀 고려하지 않아, 잡음 모델로서의 취급이 매우 불충분했다.

한편, 논문「A.Kavcic and A.Patapoutian, "A signal-dependent autoregressive channel models," IEEE Trans. Magn., vol.35, no.5, pp.2316-2318, Sept. 1999.」이나 논문「A.Kavcic, "Soft-Output Detector for Channels with Intersymbol Interference and Markov Noise Memory," Proc. IEEE Global Telecom. Conf., Dec. 1999.」에서는, 과거의 잡음에 대한 상관이 입력 신호 패턴에 의존한다는 것을 처음으로 의논하고, 이것을 비터비 알고리즘이나 최대 사후 확률 알고리즘(MAP 알고리즘)에 적용하고 있으나, 미래의 잡음에 대한 상관은 고려되고 있지 않다.

또한, 논문 Dec. 1999 「Y.Wu and J.R.Cruz, "Noise predictive turbo systems." TMRC'2000 Paper E5, Aug. 2000.」이나 논문「T.R.Oenning, "Channel capacity and coding for magnetic recording channels with media noise," PhD thesis, the University of Minnesota, Sept. 2000.」에서는, 잡음 예측법(Noise prediction scheme)에 의거한 잡음 상관의 대처법을 반복형 복호법에 적용하는 방법을 처음으로 의논하고 있으나, 잡음 상관이 입력 신호의 패턴에 의존한다는 것은 고려하지 않아, 잡음 모델의 취급이 불충분했다.

본 발명은 자기 기록 재생 채널의 잡음 특성을 정확하게 모델화하고, 이 잡음 모델의 특성을 효율적으로 복호 과정에 채택함으로써 복호 성능을 향상시키는 정보 기록 재생 장치 및 방법, 및 신호 복호회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 원리 설명도이다. 본 발명은 도 1a의 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 행하는 정보 기록 재생 장치에 있어서, 과거 및 미래, 즉 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 도 1c의 자기 상관(122)과 같은 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 산출하는 잡음 상관 연산부(84)와, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 기억하는 기억부(88)와, 기억부(88)에 기억한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 사용하여 도 1b의 주파수 스펙트럼(118)을 갖는 유색 잡음을 주파수 스펙트럼(120)의 백색화한 과거 및 미래 상태에 대한 백색화 잡음값 n_k를 구하는 백색화 잡음 연산부(91)와, 과거 및 미래 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산 σ(s^m _k)로부터 최대 사후 확률 복호의 입력 신호(채널 정보) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비하고, 이 입력 신호로부터 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)에서의 우도(likelihood)를 구하도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명은 정보 기록 재생 장치에 특유의 잡음 모델로서 과거 및 미래의 입력 신호 패턴에 의존한 상관을 갖는 가우스-마르코프형(Gaus-Markov형) 유색 잡음 모델을 가정하고, 이 잡음 모델의 특성을 가능한 한 계산 효율이 양호한 방법으로 복호에 채택함으로써, 복호 성능을 향상시킨다. 특히, 유색 잡음 모델을 가우스형(Gauss형)으로 표현하고, 입력 신호 의존성이 있는 정확한 상관값(분산)을 이용함으로써 복호 성능을 향상시킨다.

또한, 본 발명은 일반적인 반복형 복호(Iterative decoding)를 행하는 정보 기록 재생 장치에 있어서, 마찬가지로, 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 산출하는 잡음 상관 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 기억하는 기억부와, 기억부에 기억한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 사용하여 유색 잡음을 백색화한 과거 및 미래 상태에 대한 백색화 잡음값 n_k를 구하는 백색화 잡음 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산 σ(s^m _k)로부터 반복형 복호의 입력 신호(채널 정보) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하는 입력 신호 산출부를 구비하고, 이 입력 신호로부터 반복형 복호에서의 우도를 구하도록 한 것을 특징으로 한다.

이 경우에도, 유색 잡음 모델을 가우스형(Gauss형)으로 표현하고, 입력 신호 의존성이 있는 정확한 상관값(분산)을 이용함으로써 복호 성능을 향상시킨다.

본 발명은 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 행하는 간이형 정보 기록 재생 장치로서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 등화기로부터의 입력 신호를 대상으로 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 산출하는 잡음 상관 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 기억하는 기억부와, 기억부에 기억한 분산 σ(s^m _k)로부터 최대 사후 확률 복호의 입력 신호(채널 정보) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비하고, 이 입력 신호로부터 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)에서의 우도를 구하도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기를 사용하면, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관과 그 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 과거 및 미래 상태에 대한 백색화 잡음값을 구하는 백색화 잡음 연산이 불필요해지고, 입력 신호의 계산에 사용하는 잡음 파라미터도 잡음의 분산만으로 되어, 계산량이 대폭으로 저감되며, 메모리 사용량도 적어, 실용성이 매우 높은 간결한 장치 구성으로 된다.

또한, 본 발명은 상기와 동일하게 일반적인 반복형 복호를 행하는 간이형 정보 기록 재생 장치로서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 등화기로부터의 입력 신호를 대상으로 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 산출하는 잡음 상관 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 기억하는 기억부와, 기억부에 기억한 분산 σ(s^m _k)로부터 반복형 복호의 입력 신호(채널 정보) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비하고, 이 입력 신호로부터 반복형 복호에서의 우도를 구하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 행하는 정보 기록 재생 장치에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 등화기로부터의 입력 신호를 대상으로 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 산출하는 잡음 상관 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 기억하는 기억부와, 등화후의 입력 신호 계열을 작은 윈도우 계열로 분할하고, 윈도우 계열의 순번으로 상기 기억부에 기억한 분산 σ(s^m _k)로부터 입력 신호(채널 정보) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 구하여, 우도를 산출하는 슬라이딩 윈도우 처리부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명에 슬라이딩 윈도우법(Sliding Window법)을 적용함으로써, 복호 처리에서 사용하는 메모리 영역을 한층 더 삭감할 수 있다.

또한, 본 발명은 일반적인 반복형 복호(Iterative decoding)를 행하는 정보 기록 재생 장치에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 등화기로부터의 입력 신호를 대상으로 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 산출하는 잡음 상관 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 기억하는 기억부와, 등화후의 입력 신호 계열을 작은 윈도우 계열로 분할하고, 윈도우 계열의 순번으로 기억부에 기억한 분산 σ(s^m _k)로부터 입력 신호(채널 정보) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 구하여, 우도를 산출하는 슬라이딩 윈도우 처리부를 구비한 것을 특징으로 한다.

더우기, 본 발명은 비터비 복호를 행하는 정보 기록 재생 장치에 있어서, 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 산출하는 잡음 상관 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 기억하는 기억부와, 기억부에 기억한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 사용하여 유색 잡음을 백색화한 과거 및 미래 상태에 대한 백색화 잡음값 n_k를 구하는 백색화 잡음 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산 σ(s^m _k)로부터 비터비 복호의 브랜치 매트릭(채널 신호) Λ_c(yk｜s^m _k)를 산출하는 브랜치 매트릭 산출부를 구비하고, 이 입력 신호로부터 비터비 복호에서의 우도를 구하도록 한 것을 특징으로 한다.

여기서, 최대 사후 확률 복호, 반복형 복호 및 비터비 복호에서의 백색화 잡음 연산부는 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 현재의 하나 앞의 상태 s_k-1로부터 현재의 상태 s_k로 천이하는 패스를 통과하는 과거 및 미래 구간 k-L-1∼k+M의 모든 패스 중, 패스 매트릭이 최소로 되는 최단 패스의 등화 파형 평균치를 구하여 백색화한 등화 잡음값을 추정한다.

또한, 본 발명의 정보 기록 재생 장치는 과거 N비트만 또는 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴을 대상으로 함으로써, 간략화해도 좋다.

잡음 상관 연산부는 입력 신호 패턴에 대한 등화 신호의 평균치를 구하고, 등화 파형과 평균치와의 차에 의해 입력 신호 패턴에 의존한 잡음의 상관과 그 분산을 구한다. 이것에 의해 정확한 입력 신호에 의존한 잡음의 상관과 분산을 구할 수 있다.

잡음 상관 연산부는 MTR 구속 등의 구속 조건부 부호를 자기 기록하여 재생할 경우, 구속을 걸지 않은 임의적인 입력 신호를 사용한 트레이닝에 의해, 입력 신호 패턴에 의존한 잡음의 상관과 그 분산을 구한다. 이것에 의해 MTR 구속에 의해 출현 확률이 낮게 억제된 패턴이 존재한 경우에서도, 효과적으로 잡음 상관을 구하기 위한 트레이닝 횟수가 삭감된다. 또한, MTR 구속을 고려한 복호를 행함으로써, 복호에 필요로 하는 상태와 패스를 삭감하고, 효율도 높여 복호 성능(에러 레이트)을 향상시킬 수 있다.

잡음 상관 연산부는 기억부에 잡음의 상관과 분산을 트랙 폭 방향에 대한 재생 헤드의 소정의 오프 트랙 간격으로 기억하고, 매체 프리앰블(preamble)부의 진폭값 변화로부터 오프 트랙 양을 검지하며, 이 오프 트랙 양에 따른 잡음의 상관과 분산을 상기 기억부로부터 판독하여 복호에 사용하여, 보다 정확한 복호를 행한다.

잡음 상관 연산부는 기억부에 잡음의 상관과 분산을 존(zone)마다, 실린더마다, 또는 섹터마다 기억하여, 각각의 복호에 사용함으로써, 정확한 복호를 행한다.

잡음 상관 연산부는 매체의 트레이닝 섹터 또는 트레이닝 실린더에 기록한 트레이닝 계열의 재생 신호로부터 잡음의 상관과 분산을 구함으로써, 트레이닝 효율을 향상시킨다.

잡음 상관 연산부는 기억부에 기억한 잡음의 상관과 그 분산을 매체의 각 섹터마다의 프리앰블의 진폭값에 따라 보정하여 구함으로써, 정밀도가 높은 복호를 행한다. 또한, 잡음 상관 연산부는 어느 특정 타이밍에서 잡음의 상관과 분산을 재계산하여 기억부를 갱신하고, 잡음 파라미터의 시간 열화에 대응한 내구성이 있는 장치를 실현한다.

본 발명은 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 행하는 정보 기록 재생 방법에 있어서, 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 산출하여 기억하고, 기억한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 사용하여 유색 잡음을 백색화한 과거 및 미래 상태에 대한 백색화 잡음값 n_k를 구하며, 과거 및 미래 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산 σ(s^m _k)로부터 최대 사후 확률 복호의 입력 신호(채널 신호) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 일반적인 반복형 복호를 행하는 정보 기록 재생 방법에 있어서, 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 산출하여 기억하고, 기억한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 사용하여 유색 잡음을 백색화한 과거 및 미래 상태에 대한 백색화 잡음값 n_k를 구하며, 과거 및 미래 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산 σ(s^m _k)로부터 반복형 복호의 입력 신호(채널 신호) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 행하는 정보 기록 재생 방법에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 신호를 대상으로 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 산출하여 기억하고, 기억한 분산 σ(s^m _k)로부터 최대 사후 확률 복호의 입력 신호(채널 신호) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 반복형 복호를 행하는 정보 기록 재생 방법에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 신호를 대상으로 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 산출하여 기억하고, 기억부에 기억한 분산 σ(s^m _k)로부터 반복형 복호의 입력 신호(채널 신호) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 행하는 정보 기록 재생 방법에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화후의 입력 신호 계열을 대상으로 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 산출하여 기억하고, 등화후의 입력 신호 계열을 작은 윈도우 계열로 분할하고, 윈도우 계열의 순번으로 기억부에 기억한 분산 σ(s^m _k)로부터 입력 신호(채널 신호) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 구하여, 우도를 슬라이딩하면서 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 반복형 복호를 행하는 정보 기록 재생 방법에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 신호를 대상으로 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산 σ(s^m _k)를 산출하여 기억하고, 등화후의 입력 신호 계열을 작은 윈도우 계열로 분할하고, 윈도우 계열의 순번으로 상기 기억부에 기억한 분산 σ(s^m _k)로부터 입력 신호(채널 신호) Λ_c(y_k｜s^m _k)를 구하여, 우도를 슬라이딩하면서 산출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 비터비 복호를 행하는 정보 기록 재생 방법에 있어서, 과거 N비트 및 미래 Q비트에서의 입력 신호 패턴 x_k-N, …, x_k-Q에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 산출하여 기억하고, 기억한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 사용하여 유색 잡음을 백색화한 과거 및 미래의 상태에 대한 백색화 잡음값 n_k를 구하며, 과거 및 미래 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산 σ(s^m _k)로부터 비터비 복호의 브랜치 매트릭(채널 신호) Λ_c(yk｜s^m _k)를 산출한다. 그 이외의 특징은 장치 구성의 경우와 동일해진다.

게다가, 본 발명은 신호 복호회로를 제공하는 것이며, 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현재에 대한 잡음의 분산과 잡음의 상관을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 잡음의 상관과 분산을 기억하는 기억부와, 기억부에 기억한 잡음의 상관과 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 입력 신호 패턴에 대한 백색화 잡음값을 구하는 백색화 잡음 연산부와, 백색화한 잡음값과 백색화한 잡음의 분산으로부터 부호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 신호 복호회로는 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 등화기로부터의 입력 신호에 대하여 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 잡음의 분산을 기억하는 기억부와, 기억부에 기억한 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 신호 복호회로는 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 등화기로부터의 입력 신호에 대하여 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 잡음의 분산을 기억하는 기억부와, 등화후의 입력 신호 계열을 작은 윈도우 계열로 분할하고, 윈도우 계열의 순번으로 기억부에 기억한 분산으로부터 입력 신호(채널 신호)를 구하며, 우도를 산출하는 슬라이딩 윈도우 처리부를 구비한 것을 특징으로 한다. 이들 신호 복호회로에서의 다른 특징은 정보 기록 재생 장치의 경우와 동일해진다.

도 2는 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 블록도이다. 도 2에 있어서, 하드디스크 드라이브는 SCSI 콘트롤러(10), 드라이브 콘트롤(12) 및 디스크 인클로저(14)로 구성된다. 물론, 호스트와의 인터페이스는 SCSI 콘트롤러(10)에 한정되지 않으며, 적절한 인터페이스 콘트롤러를 사용할 수 있다.

SCSI 콘트롤러(10)에는 MCU(메인 콘트롤 유니트)(16), 제어 기억으로서 사용되는 DRAM 또는 SRAM을 사용한 메모리(18), 제어 프로그램을 격납하는 플래시 메모리 등의 불휘발성 메모리를 사용한 프로그램 메모리(20), 하드디스크 콘트롤러(HDC)(22) 및 데이터 버퍼(24)가 설치된다.

드라이브 콘트롤(12)에는 드라이브 인터페이스 로직(26), DSP(28), 리드 채널(30) 및 서보 드라이버(32)가 설치된다.

또한, 디스크 인클로저(14)에는 헤드 IC(34)가 설치되고, 헤드 IC(34)에 대하여 기록 헤드와 재생 헤드를 구비한 복합 헤드(36-1∼36-6)를 접속하고 있다.

복합 헤드(36-1∼36-6)는 자기 디스크(38-1∼38-3)의 각 기록면에 대하여 설치되고, VCM(40)에 의한 로터리 액추에이터의 구동에 의해 자기 디스크(38-1∼38-3)의 임의의 트랙 위치에 이동된다. 자기 디스크(38-1∼38-3)는 스핀들 모터(42)에 의해 일정 속도로 회전된다.

도 3은 도 2의 리드 채널(30)의 구성이며, 반복형 복호법을 채용하고 있다. 도 3에 있어서, [0, 1]의 바이너리(binary) 패턴으로 이루어진 사용자 데이터는 오(誤)정정을 검출하기 위한 CRC(Cyclic redundancy check codes) 부호기(44)에 입력된 후, 에러 정정을 위한 ECC(Error Correcting Code) 부호기(46)에 입력된다.

다음으로, ECC 부호기(46)의 출력 결과가 PLL(Phase Locked Loop)에 의한 재생 시의 타이밍 보정을 가능하게 하기 위한 RLL(Run Length Limited) 부호기에 입력된다. 이 예에서는, 자기 기록 재생 채널의 특성을 고려하여 연속 자화 반전을 제한하는 MTR(Maximum Transition Run) 부호를 채용하고 있기 때문에, RLL/MTR 부호기(48)에 입력된다.

RLL/MTR 부호기(48)의 출력 결과 u_k는 외측 부호기 유니트(50)의 외측 부호기(52)에 입력된다. 외측 부호기(52)의 출력 x_k는 헤드/매체(56)를 거쳐서 자기 기록 후에 재생된다. 재생된 아날로그 신호는 등화기(58)를 거쳐서 PR4, EPR4, EEPR4, MEEPR4 등의 원하는 목표 파형으로 되도록 신호가 정형되고, 채널 신호 y_k로 된다.

그런데, 헤드/매체(56)와 등화기(58)로 이루어진 자기 기록 재생 채널(54)은, 외측 부호기(52)의 출력 신호 x_k를 자기 기록 재생 채널(54)의 출력 신호 y_k로 변환시키는 부호기로 간주하는 것이 가능하고, 여기서는 내측 부호기(54)라고 부르기로 한다.

등화기(58)에 의해 정형된 아날로그 신호 y_k는 외측 부호기(52)와 내측 부호기(54)에 대한 복호기인 반복형 복호기(60)에 의해 복호되고, RLL/MTR 복호기(62), ECC 복호기(64), CRC 검출기(66)를 통하여 최종적인 복호 데이터가 얻어진다.

도 4는 도 3의 리드 채널에서의 CRC 부호기(44)로부터 내측 부호기(54)까지의 상세이다. 사용자 데이터는 CRC 부호기(44)에 의해 ECC에서의 오정정을 검출하기 위한 패리티가 부가되고, ECC 부호기(46)에서 리드 솔로몬 부호에 의한 오류 정정을 위한 패리티가 부가되며, 그 출력 결과가 RLL/MTR 부호기(48)에 입력된다.

RLL/MTR 부호기(48)로부터의 출력 신호 u_k는 인터리버(70)에 의해 난수화(亂數化)되고, 그 계열이 외측 부호기(52)에 입력된다. 여기서, 외측 부호기(52)가 출력하는 외측 부호는 복호 결과로서, [0, 1]의 2값 판정(경판정)의 결과(디지털 값)를 출력하는 것이 아니라, 복호 계열이 0 또는 1인 우도(신뢰성 정보)를 나타내는 연(軟)판정 결과(아날로그 값)를 입출력하는 연판정 복호기에 의한 반복 복호를 전제로 한 부호인 터보 부호, 저밀도 패리티 검사 부호(LDPC) 등을 사용하는 것으로 한다.

PUMUX(Puncturing & Multiplexer)(72)는 RLL/MTR 부호기(48)의 출력 u_k에 대한 외측 부호기(52)의 출력 p_k를 기록 계열 x_k로 변환시킨다. 여기서, PUMUX(72)는 길이 U_len 비트의 RLL/MTR 부호기(48)의 출력 u_k를 길이 X_len 비트의 PUMUX 출력 x_k로 변환시키는 비를 나타내는 부호화 비율 U_len/X_len이 원하는 값으로 되도록 외측 부호기 출력 p_k를 적당하게 줄인(Puncturing) 후에 부호기 출력 u_k에 부가한다(Multiplexer).

PUMUX 출력 x_k는 헤드/매체(56)에 의해 기록 재생되고, 주파수 제한에 의해 잡음을 억압하는 CT 필터(Continuous Time Filter)(78)와 CTF 출력을 유한의 지연선과 탭에 의해 최종적으로 파형 정형하는 FIR(Finite Impulse Response) 필터(80)를 구비한 등화기(58)에 의해, 재생된 파형이 원하는 신호 파형으로 등화된다.

여기서, FIR 필터(80)의 출력 y_k는, 헤드/매체(56), CT 필터(78), 및 FIR 필터(80)로 이루어진 자기 기록 재생 채널을 내측 부호기(54)로 간주한 경우, PUMUX(72)의 출력 x_k에 대한 내측 부호 계열로 된다.

도 5는 도 3의 내측 부호기(54)로부터 CRC 검출기(66)까지의 상세이다. 자기 기록 재생 채널인 내측 부호기(54)에 의해 계열 x_k가 등화기(58)의 출력으로 되는 내측 부호 계열 y_k로 변환되고, 자기 기록 재생 채널에 대한 복호기로 되는 반복형 복호기(60)에 설치한 내측 부호 복호기(86)에 보내진다. 내측 부호 복호기(86)는 이 예에서는 최대 사후 확률 복호를 행하는 MAP 복호기로 한다.

여기서, 내측 부호 계열 y_k는, 자기 기록 재생 채널인 내측 부호기(54)를 통과함으로써, 필연적으로 신호 성분뿐만 아니라 잡음 성분까지도 포함하게 되고, 잡음 상관 연산부(84)에서 다음의 설명에서 명백히 되는 수법에 의해 추정한 잡음의 상관과 그 표준편차 σ의 값을 내측 부호 복호기(86) 상의 메모리(88)에 보유시킨다.

내측 부호 복호기(86)에서는 최대 사후 확률 알고리즘(MAP 알고리즘)에 의해, 내측 부호 계열 y_k, 표준편차 σ, 및 기록 계열 x_k에 대한 사전 정보 Λ_a(x_k)로부터, 자기 기록 재생 채널에서의 상태의 시간 천이를 나타내는 트렐리스(trellis) 선도 상의 각 상태에서의 k-1 시점으로부터 k 시점으로의 천이 확률인 연산 블록(90)의 γ_k, 트렐리스의 시단(始端)으로부터 k-1 시점까지의 각 상태에 이르는 확률인 연산 블록(94)의 α_k-1, 트렐리스의 종단(終端)으로부터 k 시점까지의 각 상태에 이르는 확률인 연산 블록(95)의 β_k, 그리고 α_k-1, β_k, γ_k의 곱으로부터 계산되는 각 비트에 대한 신뢰성 정보인 연산 블록(96)의 Λ(x_k)를 산출한다.

연산 블록(96)의 신뢰성 정보 Λ(x_k)로부터 사전 정보 Λ_a(x_k)를 연산 블록(98)에 의해 줄임으로써 외부 정보 Λ_e(x_k)를 계산하고, 이것이 출력으로 된다. 출력된 외부 정보 Λ_e(x_k)는, 도 4의 PUMUX(72)의 역조작을 행하는 DE-PUMUX(100) 및 인터리버(102)를 거쳐 RLL/MTR 부호기 출력 계열 u_k에 대한 사전 정보 Λ_a(u_k)로서 외측 부호 복호기(104)에 입력된다.

외측 부호 복호기(104)에 의해 외측 부호를 복호한 후, 적당한 반복 종료 조건을 만족하고 있지 않으면, RLL/MTR 부호기 출력 계열 u_k에 대한 외부 정보 Λ_e(u_k)를, 도 4의 인터리버(70)의 역조작을 행하는 디인터리버(106) 및 PUMUX(108)를 통하여 내측 부호 복호기(86)에 기록 계열 x_k에 대한 사전 정보 Λ_a(x_k)로서 보낸다.

반복 복호기(60)는, 이와 같이 복수의 복호기 사이에서 신뢰성 정보를 반복하여 계산함으로써, 복호의 정밀도를 높인다. 또한, 반복형 복호기에 대해서는 논문 「Z.Wu, "Coding and Iterative Detection for Magnetic Recording Channels," Kluwer Academic Publishers, 2000.」이 있다.

반복형 복호기(60)에서의 반복 계산 과정에서 외측 부호 복호기(104)에서 적당한 반복 종료 조건을 만족하고 있으면, RLL/MTR 부호기 출력 계열 u_k에 대한 신뢰성 정보 Λ(u_k)가 경판정 블록(110)에 보내지고, [0, 1]의 2값 판정이 이루어진다.

2값 판정된 결과는 RLL/MTR 복호기(62)에 보내진다. 그 복호 결과에 대하여 ECC 복호기(64)에 의해 에러 정정이 실행되고, 최종적으로 CRC 검출기(66)에 의해 오정정의 검사가 이루어지고 나서 사용자 데이터가 얻어진다.

다음으로, 도 5의 자기 기록 재생 채널에 대한 MAP 복호기로 되는 내측 부호 복호기(86)에 의해 실행되는 BCJR 복호법(Bahi-Cocke-Jeinek-Raviv 복호법)의 순서에 대해서 설명한다. 기록 계열 x_k에 대한 도 5의 내측 부호기(54)인 자기 기록 재생 채널이 PR 채널, 예를 들어 PR4 채널로 되어 있는 것으로 한다. 이 PR4 채널의 각 상태를 도 6과 같이 정하기로 하면, 각 상태에서의 시간에 대한 추이를 나타내는 상태 추이도는 도 7과 같이 표현할 수 있다.

여기서, PR4 채널에서의 잡음 n_k가 평균치가 0, 분산이 σ²인 가우스 분포라고 가정하고, k-1 시점의 상태로부터 k 시점의 상태로 천이할 때의 이상 등화값을 d_{[sk-1 →sk]}로 나타내면, 잡음 n_k의 확률 밀도 함수는 다음 식으로 된다.

[수식 1]

이 식 (1)의 양변에 (2π)^1/2σ를 곱하고, 그 자연대수를 취함으로써, 채널 정보는 다음 식과 같이 된다.

[수식 2]

채널 정보 Λ_c(x_k)와 기록 계열 x_k에 대한 사전 정보 Λ_a(x_k)로부터 PR4 채널에 대한 최대 사후 확률 복호는 도 8과 같이 실행된다. 여기서, γ_k(s_k-1, s_k)는 k 시점에서의 각 상태에 k-1 시점의 각 상태로부터 천이하는 확률, α_k-1(s_k-1)은 k-1 시점에서의 각 상태에 트렐리스의 시단으로부터 이르는 확률, β_k(s_k)는 k 시점에서의 각 상태에 트렐리스의 종단으로부터 거슬러올라가 이르는 확률이며, 각각 식 (3)∼(5)로 표현할 수 있다.

[수식 3]

다만, 초기 상태와 종료 상태를 상태 S₀이라고 가정하면, 종단 조건은 다음과 같다.

[수식 4]

여기서, k 시점에서의 x_k가 "1"로 되는 사후 확률과 "0"으로 되는 사후 확률의 비의 자연대수(대수 우도비)로 표현되는 신뢰성 정보 Λ(x_k)는 다음 식으로 된다.

[수식 5]

다만, (s_k-1, s_k), x_k=1은 x_k=1과 관련된 모든 상태 천이를, (s_k-1, s_k), x_k=0은 x_k=0와 관련된 모든 상태 천이를 의미한다. 그리고, 식 (7)로부터 도 5의 연산 블록(98)과 같이 하여 사전 정보 Λ_a(x_k)를 공제함으로써 외부 정보 Λ_e(x_k)를 얻는다. 도 5의 내측 부호 복호기(86)는 이 외부 정보 Λ_e(x_k)를 출력으로 한다.

[수식 6]

도 9는 BCJR 복호 알고리즘에서의 계산 순서를 정리한 플로우 차트이다. 먼저, 스텝 S1에서 식 (2) 및 (3)에 의거하여 γ_k(s_k-1, s_k)를 산출한다. 다음으로, 스텝 S2에서 식 (4)에 의거하여 α_k(s_k)를 구하고, 스텝 S3에서 식 (5)에 의거하여 β_k(s_k)를 구한다. 마지막으로, 스텝 S4에서 식 (7) 및 (8)에 의거하여 Λ(x_k) 및 Λ_e(x_k)를 얻는다.

또한, 계산량을 줄이기 위해, BCJR 복호법을 대수 영역에서 계산하는 LogMAP 복호법도 제안되어 있다. LogMAP 복호법에서는 식 (3)∼(7)이 이하의 식 (9)∼(13)으로 치환되나, 계산 순서는 동일하다.

[수식 7]

다만,

[수식 8]

이다. 또한, 식 (14)를

[수식 9]

로 근사시켜 계산량을 한층 더 삭감하는 Max-LogMAP 복호법도 제안되어 있다.

또한, SOVA(Soft Output Viterbi Algorithm) 복호법에서도 마찬가지이다. SOVA 복호법은 비터비 복호법을 연(軟)출력을 행하도록 확장시킨 것이며, 원리적으로는 BCJR 복호법과 동일한 연입력 연출력의 SISO 복호법이다.

BCJR 복호법과 SOVA 복호법의 차이는, BCJR 복호법이 모든 가능한 패스(상태 천이의 계열)를 고려하여 사후 확률을 구하는 것에 대하여, SOVA 복호법은 일부 패스만으로부터 사후 확률을 구하는 점에 있다. 따라서, SOVA 복호법은 BCJR 복호법보다 성능은 뒤떨어지지만, 계산량은 적다.

또한, 패스의 선택 방식은 서로 다르지만, 원리적으로 동일한 SISO 복호법이기 때문에, 각 상태 천이에 대한 패스 매트릭의 계산은 BCJR 복호법과 동일한 식 (3) 및 (4) 또는 식 (9) 및 (10)에 기초하고 있다. 따라서, 본 발명에 의한 식 (25) 및 (26)을 그대로 적용할 수 있다.

또한, S0VA 복호법에 대해서는 논문 「J.Hagenauer and P.Hoeher, "A viterbi algorithm with soft-decision outputs and its applications", IEEE GlobeCom, pp.1680-86, 1989.」 등이 있다.

식 (2)∼(8)의 계산을 행하는 종래의 최대 사후 확률 복호기는, 채널 잡음 n_k를 식 (1)로 표현되는 바와 같은 잡음간에 상관이 없는 백색 잡음을 전제로 하여 구성되어 있으며, 잡음간에 상관이 있는 실제의 채널에 적용하여도 충분한 성능이 얻어지지 않았다.

또한, 종래의 최대 사후 확률 복호기는 기록 밀도의 증대에 따라 점점 무시할 수 없게 되는, 매체 상의 기록 신호 패턴에 의존한 PE(Partial Erasure)나 NLTS(Non Linear Transition Shift) 등의 비선형 요인에 의한 영향을 고려하고 있지 않아, 금후의 자기 기록 장치에서의 기록 밀도 증대에 대처하기 위해서는 매우 불충분했다.

그래서, 본 발명의 제 1 실시형태에서는, 매체 상의 기록 신호 패턴에 의존한 PE 또는 NLTS 등의 비선형 요인에 의한 성능 열화에 대응하기 위해, 과거 N비트 및 미래 Q비트의 2값 기록 신호 x_k-N, …, x_k, …, x_k-Q에 대한 2^N+Q+1개의 상태 s^m ₀∼s^m _2-(N+Q+1)-1을 도 10의 테이블과 같이 정하고, 신호 및 잡음 파라미터에 대하여 이 기록 신호 상태 의존성을 갖게 하는 것으로 한다.

그리고, 상태 s^m ₀∼s^m _2-(N+Q+1)-1에 대한 본 발명에서의 등화후 파형 y_k의 평균치 d(s^m ₀)∼d(s^m _2-(N+Q+1)-1)을 트레이닝 계열을 사용하여 도 5의 잡음 상관 연산부(84)에 의해 도 10과 같이 구한다. 이 트레이닝 계열을 사용한 잡음 상관의 연산은 도 4 및 도 5의 트레이닝 계열 발생기(74), 셀렉터(76, 82), 잡음 상관 연산부(84)에 의해 실현되고, 이 점은 나중의 설명에서 명확하게 한다. 또한, 도 10에 있어서, N=0으로 함으로써 미래만, 그리고 Q=0으로 함으로써 과거만의 기록 신호 의존성을 고려함으로써, 트레이닝 횟수, 평균치 계산 시간, 도 10의 기록 신호 상태 의존성을 격납하는 메모리를 삭감할 수 있다.

이 제 1 실시형태에서는, 다음 식에 의해 k 시점에서의 등화기 출력 잡음 n_k를 도출하는 것으로 한다.

[수식 10]

여기서, s^m _k는 k 시점에서의 도 1O으로부터 정해지는 상태이다. 또한, 장치의 간략화를 위해, d(s^m _k) 대신에, 상태 s^m _k에 대한 이상 등화 파형을 사용할 수도 있다.

도 11은 잡음 모델의 설명도이다. 식 (16)으로부터 구한 도 11a의 등화기(58)에서의 출력 잡음 n_k가, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 주파수 스펙트럼(118)과 같이 주파수 의존성을 가진 유색 잡음이며, 도 11c의 시간축 상에서는, 과거 L비트 및 미래 M비트의 잡음과 상관이 있는 가우스-마르코프(Gaus-Markov) 계열의 자기 상관(122)을 갖는다고 한다. 또한, 백색 가우스 잡음에 대해서는 파선(破線)의 주파수 스펙트럼(120)과 자기 상관(124)을 갖는다.

이 때, 출력 잡음 n_k는 다음 식과 같이 된다.

[수식 11]

여기서, e_-L(s^m _k)∼e_-1(s^m _k)는 기록 상태 s^m _k에 의존한 과거 L비트의 잡음의 현시점에 대한 중량, e₁(s^m _k)∼e_M(s^m _k)는 기록 상태 s^m _k에 의존한 미래 M비트의 잡음의 현시점에 대한 중량, w_k는 현시점에 부가되는 백색 가우스 잡음이다.

w_k는 n_k-L, …, n_k-1, n_k+1, …, n_k+L과 무관하기 때문에, e_-L(s^m _k), …, e_-1(s^m _k), e₁(s^m _k), …, e_M(s^m _k)로서는 w_k의 분산

[수식 12]

이 최소로 되는 값을 구하면 된다. 다만, 〈〉는 기대치를 나타내고 있다.

따라서, 상태 s^m _k에 대한 n_k의 자기 상관 함수의 기대치를 R_nn(j｜s ^m _k)=〈n_k n_k+j｜s^m _k〉, -L ≤j ≤M라고 하면, 최소 2승법으로부터,

[수식 13]

가 성립되면 된다.

따라서, n_k의 (L+M+1) ×(L+M+1) 공분산 행렬을 R_i,_j(s^m _k)=[R_nn(j-i｜s^m _k)], 1 ≤i, j ≤L+M+1로 했을 때, 그 L+1행 및 L+1열 성분을 제외한 행렬 R＼_L+1(s^m _k)를

[수식 14]

으로 하고, e(s^m _k)={e_-L(s^m _k), …, e_-1(s ^m _k), e₁(s^m _k), …, e_M(s^m _k)}, r(s^m _k)={R_nn(-L｜s^m _k), …, R_nn(-1｜s ^m _k), R_nn(1｜s^m _k), …, R_nn(M｜s^m _k)}^T으로 두면,

[수식 15]

에 의해 e(s^m _k)가 구해진다. 이 때의 백색 가우스 잡음 w_k의 분산 σ²(s^m _k)는

[수식 16]

로 된다.

이 제 1 실시형태에서는 복호의 정밀도를 높이기 위해, 식 (2)의 채널 정보 계산에 있어서, 기록 패턴에 의존한 과거 및 미래 잡음에 대한 상관을 도입한 잡음 예측 최대 사후 확률 복호법(NPMAP 복호법(Noise Predictive Maximum A posteriori Probability))을 행한다.

식 (21) 및 (22)로부터 구해지는 e(s^m _k) 및 σ(s^m _k)는, 도 12의 테이블에 나타낸 매체 상의 신호 상태에 대한 잡음의 상관 및 표준편차와 같이, 도 10의 상태 s^m _k에 의존하고 있는 것으로 하면, 채널 정보 Λ_c(y_k)의 계산에 있어서 도 12의 테이블을 사용함으로써, 기록 신호 의존형의 잡음 예측 최대 사후 확률 복호(NPMAP)를 실현할 수 있다.

여기서, 최대 사후 확률 복호기(MAP 복호기)의 입력 잡음이 과거 L비트 및 미래 M비트의 잡음과 상관이 있는 마르코프 계열이라고 가정하면, 상관이 없는 백색 잡음을 전제로 한 식 (1)에 대하여 그 확률 밀도 함수는 다음 식으로 된다.

[수식 17]

식 (23)의 양변에 (2π)^1/2을 곱하고, 그 자연대수를 취함으로써, 최대 사후 확률 복호(MAP 부호)에서의 기록 신호에 의존한 채널 정보 Λ_c(y_k｜s^m _k)가 얻어진다.

[수식 18]

식 (24)를 계산하기 위해서는, 과거 L비트 및 미래 M비트의 잡음을 추정할 필요가 있다. 그래서, PR 채널의 상태 s_k-1로부터 상태 s_k로 천이하는 패스를 통과하는 구간 k-L-1∼k+M의 모든 패스 매트릭을 계산하고, 그 값이 최소로 되는 패스를 구한다.

도 13은 PR4 채널에서 과거 L비트=2비트, 미래 M비트=2비트로 하여, 상태 s₀으로부터 s₁로 천이하는 패스를 통과하는 구간 k-3∼k+2의 모든 패스 매트릭을 계산하고, 그 값이 최소로 되는 패스를 구한 구체적인 예이다.

그리고, 최단 패스에 상당하는 등화 파형의 평균치 d(s^m _k-L-1)∼d(s^m _k+M)을 도 12로부터 구하고, 식 (16)으로부터 등화후 잡음 n_k를 추정하는 것으로 한다. 따라서, 식 (24)는 다음 식으로 된다.

[수식 19]

도 14는 PR4 채널에서 과거 L비트=2비트, 미래 M비트=2비트로 한 경우의 잡음 예측 최대 사후 확률 복호(NPMAP)에서의 식 (25)에 의한 상태의 채널 정보 Λ_c(y_k｜s_k ^m)의 구체적인 계산예이다.

이 식 (25)에 의한 채널 정보의 연산은, 도 5의 연산 블록(90)에 내장되어 있는 백색화 잡음 연산부(91)와 입력 신호 연산부(92)에 의해 행한다. 즉, 백색화 잡음 연산부(91)는 기억부(88)에 기억한 도 12의 테이블의 잡음의 상관 e(s^m _k)와 그 분산 σ(s^m _k)를 사용하여 도 11b의 주파수 스펙트럼(118)을 갖는 유색 잡음을 주파수 스펙트럼(120)의 백색화한 과거 및 미래 상태에 대한 백색화 잡음값으로서 구한다.

그리고, 입력 신호 연산부(92)가 과거 및 미래 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산 σ(s^m _k)로부터 식 (25)의 채널 정보 Λ_c(y_k｜s^m _k)를 산출하고, 그 후에, 이 채널로부터 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)에서의 우도를 구한다.

여기서, 식 (25)에서의 d(s^m _k-L-1)∼d(s^m _k+M)을 추정하는 방법으로서는, 도 13과 같은 최단 패스 선택 방식이 아니라, 도 8의 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)에서의 α 및 β인 식 (4) 및 (5) 또는 식 (10) 및 (11)을 사용할 수도 있고, 적당한 횟수 반복 복호를 행한 복호 결과를 사용할 수도 있다.

또한, 장치를 간략화하기 위해, d(s^m _k-L-1)∼d(s^m _k+M) 대신에 상태 s^m _k에 대한 이상 등화 파형을 사용할 수도 있고, 식 (25)의 우변의 제 1 항을 생략할 수도 있다.

또한, L=0으로 함으로써 미래만, 그리고 M=0으로 함으로써 과거만의 잡음 상관을 고려하는 것에 의해, 트레이닝 횟수, 잡음 파라미터 계산 시간, 도 12의 신호 상태에 대한 잡음 파라미터의 테이블을 격납하는 메모리를 삭감할 수 있다.

식 (25)로부터 구해지는 채널 정보 Λ_c(y_k)를 사용하여 식 (3)∼(7), 대수 영역에서 계산할 때는 식 (9)∼(13)에 적용함으로써 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 실시할 수 있다.

도 15는 제 1 실시형태에서의 트레이닝 신호의 기록 재생에 의한, 신호 상태에 대한 잡음 파라미터 취득을 위한 트레이닝 기능을 나타낸다.

트레이닝 계열의 기록 재생 중은, CRC 부호기(44)로부터 PUMUX(72)에 이르는 계열에 의한 부호화는 실행되지 않으며, 셀렉터(76)의 전환에 의해 트레이닝 계열 발생기(74)로부터 생성된 임의적인 트레이닝 계열을 헤드/매체(56)에 의해 기록 재생하고, CT 필터(78) 및 FIR 필터(80)로 이루어진 등화기(58)에 의해 원하는 등화 파형으로 정형한다.

등화기(58)로부터의 등화 파형은 셀렉터(82)의 전환에 의해 잡음 상관 연산부(84)에 부여되고, 등화 파형의 평균치로부터 도 10에서의 등화후 파형의 평균치 d(s^m _k)의 테이블을 작성하고, 이 평균치 d(s^m _k)로부터 식 (16)∼(22)에 의해 e(s^m _k) 및 σ(s^m _k)를 계산하여 도 12의 신호 상태에 대한 잡음 파라미터의 테이블을 완성시키며, 스위치(85)를 폐쇄함으로써, 도 10 및 도 12의 테이블을 메모리(88)에 보존한다.

도 16은 트레이닝 종료 후의 데이터 계열의 기록 재생 상태이다. 이 데이터 계열의 기록 재생 중은, 셀렉터(76)에 의해 트레이닝 계열 발생기(74)는 분리되고, 사용자 데이터 계열에 대하여 CRC 부호기(44)로부터 PUMUX(72)에 이르는 과정에서 부호화가 실행되며, 헤드/매체(56)에 의해 기록 재생하고, CT 필터(78) 및 FIR 필터(80)로 이루어진 등화기(58)에 의해 원하는 등화 파형으로 정형된다.

재생 과정에서는 셀렉터(82)에 의해 잡음 상관 연산부(84)는 분리되고, 등화 파형은 반복형 복호기(60)에 보내진다. 그리고, 반복형 복호기(60)의 초단(初段)에 해당되는 내측 부호 복호기(86)(자기 기록 재생 채널에 대한 MAP 복호기)에 의해, 도 5의 PUMUX(108)의 출력인 사전 정보 Λ_a(x_k)와 메모리(88)에 보존되어 있는 도 10 및 도 12의 테이블을 참조하여 식 (25)에 의해 채널 정보를 구한 후, 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 행한다.

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명한다. 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서는, 도 11의 주파수 스펙트럼(118) 및 자기 상관(122)과 같이, 등화후 잡음을 상관이 있는 유색 잡음으로서 모델화하고 있었으나, 등화후 잡음이 상관이 없는 백색 잡음에 가까워지는 것과 같은 등화 목표를 갖는 등화기(58)를 선택함으로써, 등화후 잡음을 백색 잡음으로 모델화할 수 있다. 이 때, PR 채널 정보 Λ_c(y_k｜s_k ^m)은 다음 식으로 된다.

[수식 20]

식 (26)으로부터 구해지는 채널 정보 Λ_c(y_k)를 사용하여 식 (3)∼(7), 또는 대수 영역에서 계산할 때는 식 (9)∼(13)에 적용함으로써, 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 실현할 수 있다.

이 제 2 실시형태에서는 잡음 파라미터가 기록 신호에 의존한 표준편차 σ(s^m _k)만으로 되어, 식 (25)와 비교하여 과거 L비트 및 미래 M비트의 신호 d(s^m _k-L-1)∼d(s^m _k+M)을 추정할 필요가 없기 때문에, 계산량이 대폭으로 저감되고, 대폭적인 장치의 고속화가 가능해진다.

또한, 장치의 메모리에 유지시켜야만 하는 잡음 파라미터도 기록 신호에 의존한 표준편차 σ(s^m _k)만으로 되기 때문에, 메모리 삭감이 가능하다.

더우기, 제 2 실시형태에 있어서는, 식 (26)에 있어서 d(s^m _k-L-1)∼d(s^m _k+M) 대신에 상태 s^m _k에 대한 이상 등화 파형을 사용할 수도 있고, 우변의 제 1 항을 생략할 수도 있으며, 이것에 의해 장치를 한층 더 간략화할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태를 설명한다. 제 2 실시형태에 있어서, 기록 신호에 의존한 표준편차를 사용한 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 실시할 경우, 슬라이딩 윈도우법(Sliding Window법)을 채용함으로써 장치 메모리의 삭감을 실현할 수 있다.

슬라이딩 윈도우법에서는, 도 5의 내측 부호 복호기(86)에 있어서, 먼저 계열 길이 N_s의 수신 계열 y_k를 계열 길이 N_u의 작은 계열, 즉 윈도우(Window)로 분할한다. 이 분할한 계열 길이 N_u의 계열에 대한 신뢰성 정보를 식 (26) 및 식 (3)∼(7)에 따라 각각 계산함으로써, 최대 사후 확률 복호기(MAP 복호기)에서의 α(x_k), β(x_k), γ(x_k), Λ(x_k), 즉 도 5의 연산 블록(90, 94, 95, 96)을 격납하는 메모리를 삭감할 수 있으며, 또한 복호 지연을 단축시킬 수 있다.

여기서, 분할한 계열 길이 N_u의 윈도우의 바로 다음에 연속되는 계열 길이 N_t의 계열을, 식 (5)의 β의 계산을 신뢰할 수 있는 것으로 하기 위한 트레이닝 계열로서 이용한다. 또한, 분할된 윈도우 수는

[수식 21]

로 된다.

도 17은 슬라이딩 윈도우법을 구체적으로 설명한다. 먼저, 1번째 윈도우(132-1)에 있어서, 계열 y₁, …, y_Nu에 대한 신뢰성 정보 Λ₁, …, Λ_Nu를 식 (26) 및 식 (3)∼(7)로부터 구한다. 다만, β_Nu의 계산에는 트레이닝 계열 y_Nu+1, …, y_Nu+Nt를 사용한다.

i번째 윈도우(132-i)에 있어서도, 마찬가지로 트레이닝 계열 y_iNu+1, …, y_iNu+Nt를 사용하여 β_iNu를 계산하고, 신뢰성 정보 Λ_(i-1)Nu+1, …, Λ_iNu를 구한다. 최후의 N_wind번째 윈도우(132-N)에서는, 계열 y_{(Nwind-1)Nu+1}, …, y_N을 사용하여 식 (26) 및 식 (3)∼(7)로부터 신뢰성 정보 Λ_{(Nwind-1)Nu+1}, …, Λ_N을 구한다.

이 제 3 실시형태에서의 슬라이딩 윈도우법을 적용하여 신뢰성 정보를 산출하는 경우의 상세는 도 18의 플로우 차트와 같이 된다. 즉, 스텝 S1에서 입력 계열을 작은 계열인 윈도우로 분할하고, 스텝 S2에서 윈도우 번호를 1로 세트한 후, 윈도우 번호가 N_wind-1에 도달할 때까지 스텝 S3∼S8을 반복하여 신뢰성 정보를 구한다. 그리고, 스텝 S3에서 윈도우 번호가 N_wind에 도달하면, 스텝 S9∼S12에 의해 신뢰성 정보를 구한다.

또한, 슬라이딩 윈도우법에 대해서는 논문 「S.Benedetto, D.Divsalar, G.Montorsi, and F.Pollara, "Soft-output decoding algorithms in iterative decoding of turbo codes," JPL TDA Progress Report, vol.42-124, Feb. 15, 1996.」이나, 논문 「MAP decoder for convolutional codes," IEEE J.Select. Areas Commun., vol.16, pp.260-264, Feb. 1998.」 등이 있다.

다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태를 설명한다. 본 발명의 제 4 실시형태는, 도 13과 같은 최단 패스 선택 방식을 채용함으로써, 비터비 복호에서도 과거뿐만 아니라 미래의 잡음에 대한 상관을 채택한 잡음 예측 최우 복호법(NPML; Noise Predictive Maximum Likelihood)을 실현한다. 이 잡음 최우 복호법(NPML)에서의 브랜치 매트릭 계산식은 식 (25)와 동일하게 된다.

즉, 제 4 실시형태는 비터비 복호를 행하는 정보 기록 재생 장치에 있어서, 과거 및 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관 그 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관과 그 분산을 기억하는 기억부와, 기억부에 기억한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 상관과 그 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 과거 및 미래 상태에 대한 백색화 잡음값을 구하는 백색화 잡음 연산부와, 과거 및 미래 상태에 대한 백색화한 잡음값과 그 분산으로부터 비터비 복호의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 산출부를 구비하게 된다.

다음으로, 본 발명의 제 5 실시형태를 설명한다. 본 발명의 제 1 실시형태에서 RLL 부호로서 MTR(Maximum Transition Run) 부호를 채용했을 때, MTR 부호의 구속 조건이나 부분 응답 PR에 따라서는, 도 6, 도 10, 도 12에서의 상태의 소실이나 트렐리스 상의 패스가 제한되는 경우가 있다. 그래서, 제 5 실시형태에 있어서는, 상태의 소실이나 트렐리스 상의 패스 제한을 고려하여, 효율이 양호한 d(s^m _k), e(s^m _k), σ(s^m _k)의 트레이닝을 행하고, 효율이 양호한 복호를 행한다.

도 19는 4연속 이상의 자화 반전을 금지한 16/17 MTR 부호에 EEPR4를 적용한 경우의 PR 채널에서의 상태이고, 과거 L비트=3 및 미래 Q비트=0으로 하고 있다.

이 경우, MTR 부호의 구속 조건에 의해, NRZ 부호에서 "0101" 및 "1010"에 상당하는 상태가 존재하지 않는다. 또한, 도 20은 EEPR4의 상태 천이이며, 상태 천이하는 패스는 구속 조건이 없는 경우는 32개인 것에 대하여, 구속 조건이 있는 경우는 점선의 6개 패스가 소실됨으로써 26개로 줄일 수 있다. 따라서, 도 5의 내측 부호 복호기(86)에서 필요로 하는 메모리 및 계산량을 적게 할 수 있다.

또한, 도 21에 나타낸 바와 같이, 제 5 실시형태에 있어서는, 잡음 예측 최대 사후 확률 복호(NPMAP)에서 사용하는 상태에 대한 등화 신호의 평균치 d(s^m _k), 잡음의 상관 e(s^m _k), 잡음의 표준편차 σ(s^m _k)에 대한 테이블도 동일하게 줄일 수 있기 때문에, 반복형 복호기(60)에서 필요로 하는 메모리 및 계산량을 적게 할 수 있으며, 부가하여 도 21의 파라미터를 계산하는 트레이닝도 간략화할 수 있다.

본 발명의 제 6 실시형태는 상태에 대한 등화 신호의 평균치 d(s^m _k), 잡음의 상관 e(s^m _k), 잡음의 표준편차 σ(s^m _k)를 트랙 폭방향에 대하여 임의의 오프 트랙 간격으로 유지시키고, 섹터 선두의 프리앰블(preamble)의 진폭값 변화로부터 오프 트랙 양을 검지하며, 오프 트랙 양에 따른 잡음의 상관 e(s^m _k) 및 잡음의 표준편차 σ(s^m _k)를 적용하여 잡음 예측 최대 사후 확률 복호(NPMAP)를 행한다.

구체적으로는, 프리앰블의 진폭값이 저하되어 오프 트랙 양이 증가하면, 오프 트랙 양에 따라 상태에 대한 등화 신호의 평균치 d(s^m _k)를 감소시키고, 잡음의 상관 e(s^m _k)와 잡음의 표준편차 σ(s^m _k)는 증가시킨다. 따라서, 재생 헤드가 오프 트랙한 경우에도 정밀도가 높은 복호가 가능하다.

본 발명의 제 7 실시형태는 상태에 대한 등화 신호의 평균치 d(s^m _k), 잡음의 상관 e(s^m _k), 잡음의 표준편차 σ(s^m _k)를 디스크 매체의 존마다, 실린더마다 또는 섹터마다 기억하여, 각각의 복호에 적용한다. 따라서, 매체 위치에 따라 정확한 복호가 가능하다.

본 발명의 제 8 실시형태는 상태에 대한 등화 신호의 평균치 d(s^m _k), 잡음의 상관 e(s^m _k), 잡음의 표준편차 σ(s^m _k)를 구하기 위한 트레이닝 계열을 기록 재생하는 전용의 트레이닝 섹터 또는 트레이닝 실린더를 설치함으로써, 트레이닝 효율을 향상시킨다.

본 발명의 제 9 실시형태는 한 번 계산한 상태에 대한 등화 신호의 평균치 d(s^m _k), 잡음의 상관 e(s^m _k), 잡음의 표준편차 σ(s^m _k)를 각 섹터의 프리앰블 진폭값을 사용하여 오프 트랙의 경우와 동일하게 하여 보정함으로써, 보다 정밀도가 높은 복호가 가능하다.

본 발명의 제 10 실시형태는 상태에 대한 등화 신호의 평균치 d(s^m _k), 잡음의 상관 e(s^m _k), 잡음의 표준편차 σ(s^m _k)를 장치 내의 온도 변동 시, 장치 기동으로부터의 경과 시간, 에러 발생 시 등의 어느 특정 타이밍에서 트레이닝 계열을 사용하여 재계산하여 기억하고, 이것을 복호에 적용함으로써, 시간적인 열화에 대응한 내구성이 높은 장치를 실현할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 목적과 이점을 손상시키지 않는 적절한 변형을 포함한다. 또, 본 발명은 상기 실시형태에 기재된 수치에 한정되지 않는다.

(부기 1) 정보 기록 재생 장치에 있어서, 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현재에 대한 잡음의 분산과 잡음의 상관을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 상기 잡음의 상관과 상기 분산을 기억하는 기억부와, 상기 기억부에 기억한 잡음의 상관과 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 상기 입력 신호 패턴에 대한 백색화 잡음값을 구하는 백색화 잡음 연산부와, 상기 백색화한 잡음값과 백색화한 잡음의 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치. (1)

(부기 2) 정보 기록 재생 장치에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 상기 등화기로부터의 입력 신호에 대하여 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 상기 잡음의 분산을 기억하는 기억부와, 상기 기억부에 기억한 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치. (2)

(부기 3) 정보 기록 재생 장치에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 상기 등화기로부터의 입력 신호에 대하여 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 상기 잡음의 분산을 기억하는 기억부와, 등화후의 입력 신호의 계열을 작은 윈도우 계열로 분할하고, 윈도우 계열의 순번으로 상기 기억부에 기억한 분산으로부터 입력 신호(채널 신호)의 우도를 산출하는 슬라이딩 윈도우 처리부를 구비한 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치. (3)

(부기 4) 부기 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 복호는 반복형 복호로서 최대 사후 확률 복호 또는 비터비 복호를 행하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 5) 부기 1에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 백색화 잡음 연산부는, 과거 및 미래에서 현재의 하나 앞의 상태로부터 현재의 상태로 천이하는 패스를 통과하는 과거 및 미래 구간의 모든 패스 중, 패스 매트릭이 최소로 되는 최단 패스의 등화 파형 평균치를 구하여 백색화한 등화 잡음값을 추정하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 6) 부기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 과거만 또는 미래만의 입력 신호 패턴을 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 7) 부기 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 입력 신호 패턴에 대한 등화 신호의 평균치를 구하고, 등화 파형과 상기 평균치와의 차에 의해 입력 신호 패턴에 의존한 잡음의 상관과 그 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 8) 부기 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, MTR 구속 등의 구속 조건부 부호를 자기 기록하여 재생할 경우, 구속 조건이 없는 임의적인 입력 신호를 사용한 트레이닝에 의해, 입력 신호 패턴에 의존한 잡음의 상관과 그 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 9) 부기 1 내지 8 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 상기 기억부에 상기 잡음의 상관과 분산을 트랙 폭방향에 대한 재생 헤드의 소정 오프 트랙 간격으로 기억하고, 매체 프리앰블(preamble)부의 진폭값 변화로부터 오프 트랙 양을 검지하며, 이 오프 트랙 양에 따른 잡음의 상관과 분산을 상기 기억부로부터 판독하여 복호에 사용하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 10) 부기 1 내지 9 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 상기 기억부에 잡음의 상관과 분산을 존(zone)마다, 실린더마다, 또는 섹터마다 기억하여, 각각의 복호에 사용하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 11) 부기 1 내지 10 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 매체의 트레이닝 섹터 또는 트레이닝 실린더에 기록한 트레이닝 계열의 재생 신호로부터 잡음의 상관과 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 12) 부기 1 내지 11 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 상기 기억부에 기억한 잡음의 상관과 그 분산을 매체의 각 섹터마다의 프리앰블의 진폭값에 따라 보정하여 구하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 13) 부기 1 내지 12 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 어느 특정 타이밍으로 잡음의 상관과 분산을 재계산하여 상기 기억부를 갱신하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.

(부기 14) 정보 기록 재생 방법에 있어서, 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산과 잡음의 상관을 구하여 기억하고, 상기 잡음의 상관과 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 상기 입력 신호 패턴에 대한 백색화 잡음값을 구하며, 상기 백색화한 잡음값과 백색화한 잡음의 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법. (4)

(부기 15) 정보 기록 재생 방법에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 신호를 대상으로 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하여 기억하고, 상기 기억한 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법. (5)

(부기 16) 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)를 행하는 정보 기록 재생 방법에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화후의 입력 신호 계열을 대상으로 과거 및 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 과거 및 미래 상태에 대한 잡음의 분산을 산출하여 기억하고, 등화후의 입력 신호 계열을 작은 윈도우 계열로 분할하고, 윈도우 계열의 순번으로 상기 기억부에 기억한 분산으로부터 입력 신호의 우도를 슬라이딩하면서 산출하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법. (6)

(부기 17) 부기 14 내지 16 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 어느 특정 타이밍으로 잡음의 상관과 분산을 재계산하여 상기 기억부를 갱신하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 18) 부기 14에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 과거 및 미래에서의 현재의 하나 앞의 상태로부터 현재의 상태로 천이하는 패스를 통과하는 과거 및 미래 구간의 모든 패스 중, 패스 매트릭이 최소로 되는 최단 패스의 등화 파형 평균치를 구하여 백색화한 등화 잡음값을 추정하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 19) 부기 14 내지 18 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 과거만 또는 미래만의 입력 신호 패턴을 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 20) 부기 14 내지 18 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 입력 신호 패턴에 대한 등화 신호의 평균치를 구하고, 등화 파형과 상기 평균치와의 차에 의해 입력 신호 패턴에 의존한 잡음의 상관과 그 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 21) 부기 14 내지 20 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, MTR 구속 등의 구속 조건부 부호를 자기 기록하여 재생할 경우, 구속 조건이 없는 임의적인 입력 신호를 사용한 트레이닝에 의해, 입력 신호 패턴에 의존한 잡음의 상관과 그 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 22) 부기 14 내지 21 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 잡음의 상관과 분산을 트랙 폭방향에 대한 재생 헤드의 소정 오프 트랙 간격으로 기억부에 기억하고, 매체 프리앰블부의 진폭값 변화로부터 오프 트랙 양을 검지하며, 상기 오프 트랙 양에 따른 잡음의 상관과 분산을 상기 기억부로부터 판독하여 복호에 사용하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 23) 부기 14 내지 22 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 잡음의 상관과 분산을 존마다, 실린더마다, 또는 섹터마다 기억하여 각각의 복호에 사용하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 24) 부기 14 내지 23 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 매체의 트레이닝 섹터 또는 트레이닝 실린더에 기록한 트레이닝 계열의 재생 신호로부터 잡음의 상관과 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 25) 부기 14 내지 24 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 기억부에 기억한 잡음의 상관과 그 분산을 매체의 각 섹터마다의 프리앰블 진폭값에 따라 보정하여 구하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 26) 부기 14 내지 25 중 어느 하나에 기재된 정보 기록 재생 방법에 있어서, 어느 특정 타이밍으로 잡음의 상관과 분산을 재계산하여 기억부를 갱신하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.

(부기 27) 신호 복호회로에 있어서, 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현재에 대한 잡음의 분산과 잡음의 상관을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 상기 잡음의 상관과 상기 분산을 기억하는 기억부와, 상기 기억부에 기억한 잡음의 상관과 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 상기 입력 신호 패턴에 대한 백색화 잡음값을 구하는 백색화 잡음 연산부와, 상기 백색화한 잡음값과 백색화한 잡음의 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 신호 복호회로. (7)

(부기 28) 신호 복호회로에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 상기 등화기로부터의 입력 신호에 대하여 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 상기 잡음의 분산을 기억하는 기억부와, 상기 기억부에 기억한 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비한 것을 특징으로 하는 신호 복호회로. (8)

(부기 29) 신호 복호회로에 있어서, 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와, 상기 등화기로부터의 입력 신호에 대하여 현재와 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와, 상기 잡음의 분산을 기억하는 기억부와, 등화후의 입력 신호 계열을 작은 윈도우 계열로 분할하고, 윈도우 계열의 순번으로 상기 기억부에 기억한 분산으로부터 입력 신호(채널 신호)의 우도를 산출하는 슬라이딩 윈도우 처리부를 구비한 것을 특징으로 하는 신호 복호회로. (9)

(부기 30) 부기 27 내지 29 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 반복형 복호는 최대 사후 확률 복호 또는 비터비 복호를 행하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 31) 부기 27에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 백색화 잡음 연산부는, 과거 및 미래에서의 현재의 하나 앞의 상태로부터 현재의 상태로 천이하는 패스를 통과하는 과거 및 미래 구간의 모든 패스 중, 패스 매트릭이 최소로 되는 최단 패스의 등화 파형 평균치를 구하여 백색화한 등화 잡음값을 추정하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 32) 부기 27 내지 31 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 과거만 또는 미래만의 입력 신호 패턴을 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 33) 부기 27 내지 32 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 입력 신호 패턴에 대한 등화 신호의 평균치를 구하고, 등화 파형과 상기 평균치와의 차에 의해 입력 신호 패턴에 의존한 잡음의 상관과 그 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 34) 부기 27 내지 33 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, MTR 구속 등의 구속 조건부 부호를 자기 기록하여 재생할 경우, 구속 조건이 없는 임의적인 입력 신호를 사용한 트레이닝에 의해, 입력 신호 패턴에 의존한 잡음의 상관과 그 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 35) 부기 27 내지 34 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 상기 기억부에 상기 잡음의 상관과 분산을 트랙 폭방향에 대한 재생 헤드의 소정 오프 트랙 간격으로 기억하고, 매체 프리앰블부의 진폭값 변화로부터 오프 트랙 양을 검지하며, 상기 오프 트랙 양에 따른 잡음의 상관과 분산을 상기 기억부로부터 판독하여 복호에 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 36) 부기 27 내지 35 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 상기 기억부에 잡음의 상관과 분산을 존마다, 실린더마다, 또는 섹터마다 기억하여, 각각의 복호에 사용하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 37) 부기 27 내지 36 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 매체의 트레이닝 섹터 또는 트레이닝 실린더에 기록한 트레이닝 계열의 재생 신호로부터 잡음의 상관과 분산을 구하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 38) 부기 27 내지 37 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 상기 기억부에 기억한 잡음의 상관과 그 분산을 매체의 각 섹터마다의 프리앰블 진폭값에 따라 보정하여 구하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

(부기 39) 부기 27 내지 37 중 어느 하나에 기재된 신호 복호회로에 있어서, 상기 잡음 상관 연산부는, 어느 특정 타이밍으로 잡음의 상관과 분산을 재계산하여 상기 기억부를 갱신하는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 정보 기록 재생 장치에 특유의 잡음 모델로서 과거 및 미래의 입력 신호 패턴에 의존한 상관을 갖는 가우스-마르코프형(Gaus-Markov형) 유색 잡음 모델을 가정하고, 이 잡음 모델의 특성을 가능한 한 계산 효율이 양호한 방법으로 채택함으로써, 복호 성능(에러 레이트 성능)을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 최대 사후 확률 복호법(MAP 복호법) 등의 반복형 복호법에 있어서, 유색 잡음 모델을 가우스형으로 표현하고, 입력 신호 의존성이 있는 정확한 상관값(분산)을 이용함으로써, 복호 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 비터비 복호법에 있어서도, 과거와 미래의 잡음 상관에 대한 입력 신호 패턴 의존성을 정확하게 고려함으로써, 복호 성능을 향상시킬 수 있다.

더우기, 과거와 미래의 잡음 상관에 대한 입력 신호 패턴 의존성을 트레이닝에 의해 구하여 복호에서 이용하고 있기 때문에, 장치 각각의 상태에 적합한 최적의 복호를 동적으로 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 원리 설명도.

도 2는 본 발명이 적용되는 하드디스크 드라이브의 블록도.

도 3은 도 2의 기록 재생계로 되는 리드 채널의 블록도.

도 4는 도 3의 CRC 부호기로부터 반복형 복호기까지의 구성을 나타낸 블록도.

도 5는 도 3 중에서 부호기로부터 CRC 검출기까지의 구성을 나타낸 블록도.

도 6은 PR4 채널에서의 상태 설명도.

도 7은 PR4 채널에서의 상태 천이 설명도.

도 8은 최대 사후 확률 복호법(MAP 복호법)에서의 α, β, γ의 계산법 설명도.

도 9는 최대 사후 확률 복호법(MAP 복호법)에서의 계산 순서의 플로우 차트.

도 10은 본 발명의 복호에서 사용하는 매체 상의 기록 신호에 대한 상태와 등화(等化)의 지(地)파형의 평균치를 격납한 테이블의 설명도.

도 11은 본 발명의 복호 과정에서 채택하는 잡음 모델의 설명도.

도 12는 본 발명의 복호에서 사용하는 매체 상의 신호 상태에 대한 잡음의 상관과 표준편차를 격납한 테이블의 설명도.

도 13은 본 발명의 잡음 예측 최대 사후 확률 복호법(NPMAP 복호법)에서의 최단(最短) 패스의 선택예의 설명도.

도 14는 본 발명의 잡음 예측 최대 사후 확률 복호법(NPMAP 복호법)에서의 상태의 채널 정보의 계산예의 설명도.

도 15는 트레이닝 신호의 기록 재생에 의한 상태의 신호 및 잡음 파라미터를 취득하는 트레이닝 기능의 블록도.

도 16은 트레이닝에서 취득한 신호의 상태에 대한 신호 및 잡음 파라미터를 채택하여 복호하는 데이터 신호 기록 재생의 블록도.

도 17은 본 발명의 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)에 적용하는 슬라이딩 윈도우법의 설명도.

도 18은 슬라이딩 윈도우법을 이용한 본 발명의 최대 사후 확률 복호(MAP 복호)의 플로우 차트.

도 19는 16/17 MTR 부호에 EEPR4를 적용한 경우의 PR 채널의 상태 설명도.

도 20은 16/17 MTR 부호에 EEPR4를 적용한 경우의 PR 채널의 상태 천이 설명도.

도 21은 도 20의 PR 채널을 대상으로 한 매체 상의 신호 상태에 대한 잡음의 상관과 표준편차, 및 등화 신호의 평균치를 격납한 메모리 테이블의 설명도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : SISC 콘트롤러 12 : 드라이브 콘트롤

14 : 인클로저 16 : 메인 콘트롤 유니트(MCU)

18 : 메모리 20 : 프로그램 메모리

22 : 하드디스크 콘트롤러(HDC) 24 : 데이터 버퍼

26 : 드라이브 인터페이스 로직 28 : DSP

30 : 리드 채널(RDC) 32 : 서보 드라이버

34 : 헤드 IC 36-1∼36-6 : 복호 헤드

38-1∼38-3 : 자기 디스크 40 : 스핀들 모터(SPM)

42 : 보이스 코일 모터(VCM) 44 : CRC 부호기

46 : ECC 부호기 48 : RLL/MTR 부호기

50 : 외측 부호기 유니트 52 : 외측 부호기

54 : 내측 부호기(자기 기록 재생 채널)

56 : 헤드/매체 58 : 등화기

60 : 반복형 복호기 62 : RLL/MTR 복호기

64 : ECC 복호기 66 : CRC 검사기

70, 102 : 인터리버 72, 108 : PUMUX

74 : 트레이닝 계열 발생기 76, 82 : 셀렉터

78 : CT 필터 80 : FIR 필터

84 : 잡음 상관 연산부 86 : 내측 부호 복호기(MAP 복호기)

88 : 메모리 90, 94, 95, 96, 98 : 연산 블록

91 : 백색화 잡음 연산부 92 : 입력 신호 연산부

100 : DE-PUMUX 104 : 외측 부호 복호기

106 : 디인터리버 110 : 경(硬)판정 블록

132-1, 132-i, 132-N : 윈도우

Claims

정보 기록 재생 장치에 있어서,

트레이닝에 의해 현재 상태와 과거 또는 미래 상태에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현재 상태에 대한 잡음의 분산과 잡음의 상관을 산출하는 잡음 상관 연산부와,

상기 잡음의 상기 상관과 상기 분산을 기억하는 기억부와,

상기 기억부에 기억한 잡음의 상관과 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 상기 입력 신호 패턴에 대한 백색화 잡음값을 구하는 백색화 잡음 연산부와,

상기 백색화한 잡음값과 백색화한 잡음의 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비하고,

상기 현재 상태는 현재 처리하고 있는 입력 신호를 기준으로 하고, 상기 과거 상태는 상기 현재 상태의 입력 신호 패턴에 시간적으로 선행하는 제 1 입력 신호 계열을 나타내고, 상기 미래 상태는 상기 현재 상태의 입력 신호 패턴에 시간적으로 후속하는 제 2 입력 신호 계열을 나타내는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.
정보 기록 재생 장치에 있어서,

트레이닝에 의해 등화(等化)후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기(等化器)와,

상기 등화기로부터의 입력 신호에 대하여 현시점에서의 입력 신호 패턴과 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와,

상기 잡음의 분산을 기억하는 기억부와,

상기 기억부에 기억한 상기 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비하고,

상기 현시점에서의 입력 신호 패턴은 현재 처리하고 있는 입력 신호를 기준으로 하고, 상기 과거의 입력 신호 패턴은 상기 현시점에 시간적으로 선행하는 제1의 소정 비트수의 제1 입력 신호 계열을 나타내고, 상기 미래의 입력 신호 패턴은 상기 현시점에 시간적으로 후속하는 제2의 소정 비트수의 제2 입력 신호 계열을 나타내는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 장치.
삭제
정보 기록 재생 방법에 있어서,

트레이닝에 의해 현시점에서의 입력 신호 패턴과 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산과 잡음의 상관을 구하여 기억하는 단계와,

상기 잡음의 상관과 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 상기 입력 신호 패턴에 대한 백색화 잡음값을 구하는 단계와,

상기 백색화한 잡음값과 상기 백색화한 잡음의 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.
정보 기록 재생 방법에 있어서,

등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 신호를 대상으로 트레이닝에 의해 현시점에서의 입력 신호 패턴과 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하여 기억하는 단계와,

상기 기억한 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 단계를 포함하고,

상기 현시점에서의 입력 신호 패턴은 현재 처리하고 있는 입력 신호를 기준으로 하고, 상기 과거의 입력 신호 패턴은 상기 현시점에 시간적으로 선행하는 제1의 소정 비트수의 제1 입력 신호 계열을 나타내고, 상기 미래의 입력 신호 패턴은 상기 현시점에 시간적으로 후속하는 제2의 소정 비트수의 제2 입력 신호 계열을 나타내는 것을 특징으로 하는 정보 기록 재생 방법.
삭제
신호 복호회로에 있어서,

트레이닝에 의해 현재 상태와 과거 또는 미래 상태에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현재 상태에 대한 잡음의 분산과 잡음의 상관을 산출하는 잡음 상관 연산부와,

상기 잡음의 상관과 상기 분산을 기억하는 기억부와,

상기 기억부에 기억한 잡음의 상관과 분산을 사용하여 유색 잡음을 백색화한 상기 입력 신호 패턴에 대한 백색화 잡음값을 구하는 백색화 잡음 연산부와,

상기 백색화한 잡음값과 상기 백색화한 잡음의 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비하고,

상기 현재 상태는 현재 처리하고 있는 입력 신호를 기준으로 하고, 상기 과거 상태는 상기 현재 상태의 입력 신호 패턴에 시간적으로 선행하는 제 1 입력 신호 계열을 나타내고, 상기 미래 상태는 상기 현재 상태의 입력 신호 패턴에 시간적으로 후속하는 제 2 입력 신호 계열을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.
신호 복호회로에 있어서,

트레이닝에 의해 등화후 잡음이 백색 잡음에 가까워지는 등화 목표를 구비한 등화기와,

상기 등화기로부터의 입력 신호에 대하여 현시점에서의 입력 신호 패턴과 과거 또는 미래에서의 입력 신호 패턴에 의존한 현시점에 대한 잡음의 분산을 산출하는 잡음 상관 연산부와,

상기 잡음의 분산을 기억하는 기억부와,

상기 기억부에 기억한 상기 분산으로부터 복호기의 입력 신호를 산출하는 입력 신호 연산부를 구비하고,

상기 현시점에서의 입력 신호 패턴은 현재 처리하고 있는 입력 신호를 기준으로 하고, 상기 과거의 입력 신호 패턴은 상기 현시점에 시간적으로 선행하는 제1의 소정 비트수의 제1 입력 신호 계열을 나타내고, 상기 미래의 입력 신호 패턴은 상기 현시점에 시간적으로 후속하는 제2의 소정 비트수의 제2 입력 신호 계열을 나타내는 것을 특징으로 하는 신호 복호회로.
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