專利名稱：用于從傳輸信道得到數(shù)據(jù)的快速獲取方法和實現(xiàn)該方法的數(shù)據(jù)接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從傳輸信道得到數(shù)據(jù)的快速獲取方法，特別是該方法在硬盤驅(qū)動器或突發(fā)模式無線通信系統(tǒng)中的使用，該方法包括以下步驟定時獲取；增益獲取和借助于一個包括預(yù)定比特格式的前置頭來進行字同步，該前置頭后面有N-比特的用戶數(shù)據(jù)字。
該方法可在1995年的Silicon Systems，Inc.，Tustin，CA，USA的數(shù)據(jù)手冊的第5-335到5-377頁中公布的SSI 32P4904 Read Channel IC的文件中獲知。
在硬盤驅(qū)動器中，用戶數(shù)據(jù)被再分為被存儲在分開的扇區(qū)中的固定長度的塊。為了便于進行可靠的檢測，數(shù)據(jù)塊在存儲前被編碼，并且在前面加上了一個預(yù)定的前置頭，它使得讀路徑可為接收用戶數(shù)據(jù)而自行準備。這種準備過程通常被稱為快速獲取，并且一般包括以下任務(wù)1.將讀時鐘鎖定到輸入數(shù)據(jù)流；一般稱為定時獲?。?.AGC增益的初始化；所謂的增益獲??；3.均衡器的匹配參數(shù)的初始化，即均衡器獲取，該初始化過程在均衡器參數(shù)被預(yù)編程時有時可被忽略；4.碼字邊界的識別，字同步；5.扇區(qū)的用戶數(shù)據(jù)部分的起始點的識別，即幀同步。
前置頭的結(jié)構(gòu)反映出這些任務(wù)被處理的順序。一個典型的結(jié)構(gòu)在

圖1中被描述，此圖對應(yīng)于上面提到的Silicon Systems的文獻中的5-348頁的圖11。
前置頭以周期為4T的‘...++-+-++...’模式開始，其中T是所記錄的比特的時間間隔。該模式產(chǎn)生一個傳送大量定時和增益信息的類似正弦型的回放信號。正如在W.L.Abbott和J.M.Cioffi，的文章”“Timingrecovery for adaptive decision Feedback Equalization of the MagneticStorage Channel(磁存儲信道的自適應(yīng)判定反饋均衡的定時恢復(fù))”，Proc.GLOBECOM’90，pp.1794-1799，San Diego，CA，Dec.2-5，1990，或在R.D.Cideciyan等的文章“A PRML System for Digital MagneticRecording(數(shù)字磁記錄的A PRML系統(tǒng))”，IEEE J.Selected AreasCommunications，Vol.SAC-10，No.1，pp.38-56，Jan.1992，中所描述的，關(guān)于這種模式和信號的先驗知識可被利用來進行快速定時和增益獲取。該方法的技術(shù)一般是數(shù)據(jù)輔助的，即數(shù)據(jù)可被方便地按照模式來處理成方便的模式，并且當另一種模式被重新編碼時可適當?shù)赝Ｖ构ぷ?。由于這個原因，在接近4T模式的終點，對于定時恢復(fù)和增益控制環(huán)來說切換到針對判決的跟蹤方式是必須的。在這種方式下，關(guān)于記錄的數(shù)據(jù)的先驗知識由基于檢測器產(chǎn)生的判決的后驗知識代替。只要這些判決是絕大部分正確的，兩個環(huán)路就都可正確地跟蹤上回放信號的定時和增益。在前置頭的4T部分的結(jié)尾，AGC被正確地設(shè)置，且定時恢復(fù)配置被鎖相到4T模式。
獲取方法的下一步驟是字同步。該步驟是基于一個在每個字符間隔T中用來與滑窗內(nèi)的檢測的比特相比較的預(yù)定的數(shù)據(jù)模式。一旦觀察到在兩個模式間的充分的一致時，則字同步被建立?，F(xiàn)代的硬盤驅(qū)動器通常采用一個速率為R＝8/9的調(diào)制碼，使得碼字具有9T的長度。圖1中的字同步模式具有9T的周期，并且正好是一個預(yù)定碼字的重復(fù)。該碼字被選擇來使得可以從8個可替換的對準中足夠地區(qū)分出正確的碼字對準，而且，允許斜率均衡器的獲取。這樣一種均衡器經(jīng)常被用在記錄系統(tǒng)中，因為磁頭/媒介系統(tǒng)的帶寬不能被精確地提前知道。均衡器大體上補償頻譜在低頻與高頻之間的不平衡，并且一個合適的訓(xùn)練模式在磁頭/媒介系統(tǒng)的通帶內(nèi)必須至少有兩個頻率成分。4T模式是不合格的，因為它只有一個這樣的成分。
在9T模式的結(jié)尾，剩下的唯一任務(wù)就是幀同步。在圖1中，這借助一個與前面的9T字相當不同的單獨的預(yù)定的碼字而被實現(xiàn)了。幀同步檢驗可基于調(diào)制譯碼器的輸入、也可在一定的漢明(Hamming)距離的損失的情況下基于它的字節(jié)方式的輸出。它僅需要在每一個字節(jié)間隔中(也就是每9T秒)被執(zhí)行一次，并且比起在比特速率為1/T的情況下執(zhí)行的字同步檢驗，其運算強度要小得多。
需要指出上述方法有很多變體。例如，字同步和幀同步的任務(wù)可在需要更長的同步字和更復(fù)雜的同步硬件的代價下被合并在一起，如在上面提到的W.L.Abbott和J.F.Cioffi的文章中所描述的。這樣，均衡器訓(xùn)練模式則可以跟隨同步字，而在周期和長度方面不再被限制。如果均衡器有多個‘節(jié)’(knob)，則這將是很重要的。在某些情況下，均衡器有太多的節(jié)使得無法在每一個數(shù)據(jù)讀操作之前進行訓(xùn)練。在這些情況下，均衡器系數(shù)通常是在磁盤驅(qū)動器制造期間被訓(xùn)練一次，并且被永久地預(yù)裝載。這樣就使前置頭免除了用于均衡器訓(xùn)練的模式。其他4項任務(wù)都將不變地在現(xiàn)代的信道IC中遇到。為了完整性，有必要提一下，在過去幾代的磁盤驅(qū)動器中幀同步是在信道IC外實現(xiàn)的，尤其是對于(1，7)和(2，7)的游程受限碼的信道IC。
在某種程度上，現(xiàn)有的獲取方法都具有以下的特征和缺點1.他們在本質(zhì)上大部分是連續(xù)的，即不同的任務(wù)大部分是連續(xù)完成的。這樣使硬件復(fù)雜化，同時也加長了獲取時間。
2.幾個所被涉及的步驟(例如均衡器獲取，字和幀同步)在針對判決的模式中出現(xiàn)，并且他們對判決錯誤非常敏感。
本發(fā)明致力于克服或至少是減小已知的快速獲取方法的缺點，為此，給出一種上述類型的方法，其特征在于，定時獲取、增益獲取和字同步的這幾個步驟通過利用一個包括一系列預(yù)定的相同的n-比特字的前置頭而同時進行，其中n是一個N的倍數(shù)、或N的整數(shù)分之一、或N的整數(shù)分之一的倍數(shù)、或n＝N。
優(yōu)選地，本方法也包括借助于一個構(gòu)成部分前置頭的N比特幀同步字的幀同步，且根據(jù)一個實施例，該同步字在n＝N時是n比特字的逐比特取反的。
例如，當N＝9時，則n可以例如為3，N的一個整數(shù)分之一；6，N的一個整數(shù)分之一的倍數(shù)；9，n＝N；18，N的一個倍數(shù)。
本發(fā)明是基于深刻了解了現(xiàn)有的快速獲取方法的復(fù)雜性主要是來自字同步步驟，如果前置頭的第一部分具有與碼字長度不一致的周期，則該步驟是不可避免的。新方法所根據(jù)的本發(fā)明思想在于避免這個部分。前置頭是一個相同的字P的重復(fù)，它的長度與碼字長是一致的。一個根據(jù)本發(fā)明的方法的扇區(qū)格式的例子在圖2中示出。定時恢復(fù)方案被鎖定于前置頭以使得時基是以碼字長度為模被建立的。這意味著字同步是定時獲取的一個自動的副產(chǎn)品。
一個實際的問題是，定時恢復(fù)環(huán)可能在相對前置頭而言不期望的階段被“掛斷”。P的正確的選擇會減小此問題。同時，通常我們希望使初始相位盡量接近于想要的值，以防止定時恢復(fù)環(huán)進入“掛斷區(qū)域”。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，這例如可借助零相位啟動技術(shù)來實現(xiàn)。
除了定時獲取以外，前置頭也被用于增益獲取。在磁頭/媒介系統(tǒng)的通帶中，前置頭通常有兩個或多個頻譜成分，并且因此適合于斜率均衡器的獲取。剩下的一個可更好地利用前置頭的獲取步驟是幀同步。為了此目的，獲取方法必須首先從數(shù)據(jù)輔助模式恢復(fù)到針對判決的模式，此后一個幀同步字將被識別。如圖2所示，幀同步字P正好是P的逐比特取反。只要被檢測碼字A更相似于P而非P，則可認定為幀同步。這種判決過程非常簡單，因為它可以以碼字的速率進行，更重要的是P和P的關(guān)系很簡單。另外，由于P和P之間具有最大的漢明距離，該檢測方法對于給定碼字長度也是最可靠的。
根據(jù)本發(fā)明的方法的主要優(yōu)點是1.簡單性字同步以及定時、增益和均衡器的獲取發(fā)生在一個步驟而不是多個步驟。幀同步如果在前置頭中被提供的話，將以碼字的速率發(fā)生并且非常簡單。
2.快速所有的獲取步驟同時發(fā)生而不是順序的。如果在前置頭中提供可靠的幀同步的話，是可能具有非常短的同步字的。
3.牢固性所有的獲取步驟都是在數(shù)據(jù)輔助方式下執(zhí)行的，因此對判決錯誤有免疫力。對于采納的同步字長度，幀同步對判決錯誤具有最大容錯性。提高容錯能力的進一步的措施是簡單的。
本發(fā)明也涉及了一種裝置，更具體地是一種用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的數(shù)據(jù)接收器，包括提供1比特時鐘和n比特時鐘的壓控振蕩器、自動增益控制電路、比特檢測器和調(diào)制解碼器，其特征在于，一個用于在特定時期內(nèi)把預(yù)定的一系列n比特字的前置頭提供給比特檢測器的輸入端的前置頭發(fā)生器、用于確定所述周期的裝置、和一個用來控制壓控振蕩器和自動增益控制電路的自適應(yīng)電路，該自適應(yīng)電路至少接收一個錯誤信號作為輸入信號。
優(yōu)選地，用于確定所述周期的裝置在所述周期后把一個激活信號加到幀同步檢測器。
最后，本發(fā)明還涉及一個用于在硬盤上寫數(shù)據(jù)的方法，其中N比特用戶數(shù)據(jù)字數(shù)據(jù)被存儲在硬盤的扇區(qū)中，且在每一個用戶數(shù)據(jù)塊前面都有一個固定格式的前置頭，其特征在于，前置頭包括了一系列預(yù)定的相同的n比特字，其中n是N的倍數(shù)、或N的一個整數(shù)分之一、或n＝N。
現(xiàn)在參照附圖，以優(yōu)選實施例描述根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)接收機，其中
圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的快速獲取的扇區(qū)格式；圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的快速獲取的扇區(qū)格式；圖3顯示了用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的數(shù)據(jù)接收機的方框圖；圖4顯示了零-啟動過程的示意圖；以及圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的增強的幀同步過程的漢明距離性質(zhì)。
在圖3的數(shù)據(jù)接收機中，在‘正常’運行期間當用戶數(shù)據(jù)被接收時，從硬盤讀入的或從任何傳輸信道接收的回放信號r，通過可變增益放大器1和斜率均衡器2而被提供給比特檢測器3。比特判決值a串行地離開比特檢測器，并被串并轉(zhuǎn)換器4轉(zhuǎn)換為9-比特字A。這些字A又通過調(diào)制譯碼器5被譯碼為用戶數(shù)據(jù)字節(jié)B。
除了比特判決值a以外，比特檢測器3也產(chǎn)生一個錯誤信號e，它與a一起提供給自適應(yīng)和定時恢復(fù)電路7作為自適應(yīng)和定時恢復(fù)的基礎(chǔ)。在‘正?！尼槍ε袥Q(DD)的模式下，信號e由組成比特檢測器3的一個部分的限幅器(slicer)的輸入與輸出之間的差值確定。增益和斜率控制環(huán)經(jīng)過自適應(yīng)和定時恢復(fù)電路7，并分別經(jīng)過可變增益放大器1和斜率均衡器2而閉合，同時定時恢復(fù)環(huán)經(jīng)過壓控振蕩器6而閉合。該振蕩器產(chǎn)生一個與比特檢測器3同步的1比特時鐘fb(名義上等于1/T)、以及一個與串并轉(zhuǎn)換器4和調(diào)制解碼器5同步的字節(jié)時鐘fB(名義上等于1/(9T))。
所有控制環(huán)路正常工作的一個必要條件是比特錯誤必須很少。在獲取方法開始時，這是無法保證的，因此檢測器也具有數(shù)據(jù)輔助方式，在此方式下可‘強制’給出比特判決。被強制的比特p被用來作為比特檢測器的輸出(即a＝p)并且也被用作錯誤信號e的基礎(chǔ)，該信號在DA模式下由接收的并作為限幅器的輸入的前置頭信號和信號p的差來決定。獲取是在磁頭正在讀取前置頭的第一部分時開始。下面的9T周期的比特模式...PPP...＝...p0p1p2...p8p0p1...由前置頭發(fā)生器8生成，并且構(gòu)成了強制比特序列p。如果p正確地對準輸入的讀信號，則所有的控制環(huán)將收斂并且經(jīng)過一段時間后，檢測器會安全地切換到針對判決(DD)的操作模式。
小的誤對準將不會影響可靠的收斂，但如果誤對準涉及前置頭周期(即9T)中的一大部分，則控制環(huán)可能“掛斷”或甚至誤收斂。為避免這種異常，最好用一個零相位啟動電路9來建立一個‘安全的’初始對準。對于一個典型的前置頭P＝p0...p8＝++-+-+-的零相位啟動過程在圖4中被加以說明，如圖4a所示。磁記錄信道在本質(zhì)上是進行微分(differentiate)的，即它基本上是對記錄數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變進行響應(yīng)。最大的轉(zhuǎn)變(---++)在前置頭字的邊界處發(fā)生并產(chǎn)生一個大的正峰。其他轉(zhuǎn)變都是相當小的且產(chǎn)生小得多的信號偏移。這種探索性的討論解釋了圖4b中的回放信號的基本形狀。
在零相位啟動電路9中用兩個峰檢測器來檢測回放信號的正峰V+和負峰V-，并設(shè)置一個為它們的中間值的檢測門限Th。信號借助于在電路9中提供的限幅器而與門限Th進行比較。在圖4c中所示的限幅器輸出信號是二進制的且每9T秒有一個上升和下降轉(zhuǎn)變。這些轉(zhuǎn)變中的任一個都可在正確選擇的固定的延時后被用來作為對壓控振蕩器6和前置頭發(fā)生器8的啟動信號ts。實際上，可以期望在零相位啟動電路9前面放置一個預(yù)濾波器，或等價地，把它與均衡器的輸出或一個內(nèi)部均衡器信號相連，以用來壓縮噪聲。
考慮到磁頭、媒介和集成電路參數(shù)等的多樣性以及考慮到噪聲，該技術(shù)允許約低于T或1.5T秒的初始誤對準，這對于可靠的收斂已足夠好了。通過比較，值得提及的是在傳統(tǒng)獲取方法中使用的零相位啟動電路通常要求產(chǎn)生T秒中的一部分的初始誤對準。在這方面，方便的方法更能容忍各種不完備性和更適用于高數(shù)據(jù)率。
在零相位起始后，由前置頭發(fā)生器產(chǎn)生的第一比特具有相對于碼字邊界的已規(guī)定的位置，并且這個先驗知識允許串并轉(zhuǎn)換器4以這樣的方式被初始化，從而使得接續(xù)的輸出A的邊界和碼字邊界一致(即，A＝P)。這樣，碼字同步在零相位起始后立刻自動建立。
所有環(huán)路的可靠收斂基本上在相距零相位起始時刻的固定時期內(nèi)出現(xiàn)，取決于采用的環(huán)路增益。在如由字節(jié)計數(shù)器10確定的這個時期的結(jié)尾，比特檢測器3從數(shù)據(jù)輔助(DA)切換到針對判決(DD)，并且?guī)綑z測器11被啟動。借助于信號Fs的調(diào)制譯碼器在檢測到幀同步字P時立刻啟動。
磁記錄系統(tǒng)的信道IC通常是對極性不敏感的，即它們能正常工作而不管在寫放大器/寫磁頭/媒介/讀磁頭/讀放大器鏈中可能的極化倒置。上述的獲取方法沒有這種性質(zhì)，即如果讀信號的極性相對于本地生成數(shù)據(jù)p的極性不正確，則它將失敗。為了克服這個問題，回放信號的極性可在磁盤制造時根據(jù)圖4的限幅器輸出的占空比被檢測。替換地，兩種可能的極性都可被檢驗，且只有正確的極性將是能夠正確地工作的。然后所檢測到的極性倒置在比特檢測器前可通過可編程倒置器而被校正。
如上所述的單個字幀同步技術(shù)將能夠正確地工作，只要在整個前置頭的針對判決部分中每個檢測的碼字的全部比特中的一半以上是正確的。對于碼字長度N＝9，這意味著每個字至多可允許4個判決錯誤，這在大多數(shù)應(yīng)用中多半是適當?shù)?。在具有小的N值的系統(tǒng)中(例如(1，7)類型的游程受限碼的記錄系統(tǒng)，其中N＝3)，容錯能力比所希望的小。
為了提高對判決錯誤的容錯能力，需要增加在幀同步字和檢測的碼字之間的漢明距離dH。這要求一個橫跨多個碼字的幀同步字。為說明起見，我們考慮長度為3N的幀同步字W＝PPP。在每個字節(jié)間隔內(nèi)，即每N個符號間隔內(nèi)，這個字和3個檢測碼字(即3N個檢測比特)的滑窗進行比較，如果(且僅僅如果)至少一半的檢測比特和對應(yīng)的W比特相一致，才聲明幀同步。對于錯誤的對準，這個滑窗和同步字之間的漢明距離dH至少是2N，即是單個字過程的兩倍，如圖5簡略所示。在每個同步字間隔內(nèi)收集的增量信息只涉及到單個檢測碼字A與P(或等價地與P)的比較。所以增強的幀同步過程的復(fù)雜性并不比單個字過程大得太多。
有可能以進一步增加W的長度為代價來使dH擴大到超過2N。例如，Barker序列W＝PPPPP產(chǎn)生3N的漢明距離。在所有情況下，使W全部由P和P組成仍是有可能和有吸引力的。
除了其他的問題(issue)外，獲取方法的最佳化還包括仔細選擇在前置頭下面的字P。例如、這個字影響可供各種控制環(huán)使用的控制信息的總量、以及該方法對于零相位啟動電路產(chǎn)生的誤對準錯誤的容錯性。
在以上的例子中，前置頭的第一部分的周期等于碼字長度N。也可能使這個周期等于N的倍數(shù)或N的整數(shù)分之一。當N比以上考慮的值N＝9小得多或大得多時，則這將是有吸引力的，并且它也允許達到附加的需要。例如，周期2N的前置頭PPPPPP...PPPPPP可被用作為對極性不敏感的方法的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.用于從傳輸信道獲得數(shù)據(jù)的快速獲取方法，包括以下步驟定時獲取；增益獲??；借助于一個包括預(yù)定比特格式的前置頭來進行字同步，該前置頭后面有N-比特的用戶數(shù)據(jù)字，其特征在于，定時獲取、增益獲取和字同步這些步驟通過利用一個包括一系列預(yù)定的相同的n-比特字的前置頭而同時進行，其中n是一個N的倍數(shù)、或N的整數(shù)分之一、或N的整數(shù)分之一的倍數(shù)、或n＝N。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中獲取也包括幀同步步驟，其特征在于，在前置頭中，n-比特的系列后面至少跟隨N比特的幀同步字。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，n＝N，以及具有一個N-比特幀同步字的幀同步，該同步字是對n比特字的逐比特取反。
4.按照權(quán)利要求1到3中任一項的方法，其中包括均衡器獲取，其特征在于，前置頭也被用于同時的均衡器獲取。
5.按照權(quán)利要求1到4中任一項的方法，其特征在于，接收的前置頭在起始時借助于零相位啟動電路而和本地產(chǎn)生的相同的前置頭對準，該零相位啟動電路啟動控制數(shù)據(jù)獲取定時的振蕩器。
6.用于在硬盤上寫數(shù)據(jù)的方法，其中N比特用戶數(shù)據(jù)字被存儲在硬盤的扇區(qū)中，在每一個用戶數(shù)據(jù)塊前面都有一個固定格式的前置頭，其特征在于，前置頭包括了一系列預(yù)定的相同的n比特字，其中n是N的倍數(shù)、或N的一個整數(shù)分之一、或n＝N。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于，在前置頭中，一系列n-比特后面至少跟隨一個N-比特的幀同步字。
8.使用權(quán)利要求1到7中任一項的方法的裝置，包括用于提供1比特時鐘和n-比特時鐘的壓控振蕩器、自動增益控制電路、比特檢測器和調(diào)制解碼器，其特征在于，一個用于在特定時期內(nèi)把預(yù)定的一系列n比特字的前置頭提供給比特檢測器的輸入的前置頭發(fā)生器，用于確定所述周期的裝置、和一個用來控制壓控振蕩器和自動增益控制電路的自適應(yīng)電路，該自適應(yīng)電路至少接收一個錯誤信號作為輸入信號。
9.按照權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，用于確定所述周期的裝置在所述周期之后把一個激活信號加到幀同步檢測器。
10.按照權(quán)利要求8或9的裝置，其特征在于，幀同步檢測器的輸出信號被加到調(diào)制譯碼器，以便一旦幀同步起作用時立刻啟動該電路。
11.按照權(quán)利要求8到10中任一項的裝置，其特征在于一個均衡器電路，它被連接到自適應(yīng)電路以用于接收控制信號。
12，按照權(quán)利要求1到4中任一項的裝置，其特征在于一個零相位啟動電路，用于在預(yù)定時刻使二進制輸出信號出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，該電路的輸出被加到壓控振蕩器。
13，按照權(quán)利要求8到10中任一項的裝置，其特征在于，該裝置被連接到硬盤以用于接收輸入數(shù)據(jù)。
全文摘要
描述了用于把定時獲取、增益獲取、和均衡器獲取(如果需要的話)連同字同步組合在一起的快速獲取方法。本方法的核心是前置頭,它以重復(fù)的相同字P為起始,P的長度與碼字長度一致。優(yōu)選地,本方法以基于對P逐比特取反的幀同步為結(jié)尾。本方法的主要吸引力在于簡單性、快速、和牢固性。
文檔編號G11B20/10GK1199492SQ97191165
公開日1998年11月18日 申請日期1997年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月2日
發(fā)明者J·W·M·波爾曼斯, H·W·王－林, J·O·沃爾曼 申請人:菲利浦電子有限公司