專利名稱：具有最大躍遷游程和奇偶約束組合的部分響應(yīng)通道的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及數(shù)字通信系統(tǒng)，尤其涉及盤片驅(qū)動器或其他數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的編碼和譯碼系統(tǒng)。
數(shù)字通信系統(tǒng)領(lǐng)域中，數(shù)字信息通過通道從發(fā)送機(jī)傳送到接收機(jī)。“通道”是廣義術(shù)語，可包括許多不同的媒體，諸如記錄媒體、電話線路和電磁波頻譜。諸如磁盤驅(qū)動器等數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)中，通道包含存儲媒體，數(shù)字信息發(fā)送到存儲媒體存放一些時間后，進(jìn)行恢復(fù)并傳給接收機(jī)。
典型的磁盤驅(qū)動器包含裝在轂或轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)的一個或多個剛體盤。每一剛體盤具有由液體動壓軸承和傳感器構(gòu)成的頭，以便與該盤的表面連通。機(jī)電致動器使數(shù)據(jù)頭在盤表面上徑向移動，進(jìn)行尋道操作，并且將傳感器直接保持在盤片表面期望的紋道上，進(jìn)行跟道操作。驅(qū)動控制器根據(jù)從主系統(tǒng)收到的命令控制盤片驅(qū)動器，從盤片索引信息，并將信息存放在盤片上。驅(qū)動控制器包含各種子系統(tǒng)，諸如與主系統(tǒng)通信的“主接口”、對致動器進(jìn)行控制的“伺服子系統(tǒng)”、在存儲媒體上記錄數(shù)據(jù)的“寫通道”和從存儲媒體接收存儲數(shù)據(jù)的“讀通道”。
信息通常存放在盤表面的同心數(shù)據(jù)紋道中?？刂仆ㄟ^傳感器的電流，在選擇的數(shù)據(jù)紋道內(nèi)對盤表面上的磁通點(diǎn)信號(反轉(zhuǎn))編碼。在一種稱為不歸零碼取反(NRZI)編碼的編碼中，數(shù)據(jù)紋道中從一個磁疇到下一個磁疇的磁通點(diǎn)信號代表數(shù)字“1”，無該點(diǎn)信號代表數(shù)字“0”。
從盤片檢索數(shù)據(jù)時，伺服子系統(tǒng)控制機(jī)電致動器，使數(shù)據(jù)頭飛掃期望的數(shù)據(jù)道，檢測該道存放的磁通點(diǎn)信號，并根據(jù)這些點(diǎn)信號產(chǎn)生讀信號。讀信號通常加以調(diào)整后，由讀通道譯碼，以恢復(fù)磁通點(diǎn)信號代表的數(shù)據(jù)。典型的讀通道包含自動增益控制電路、低通濾波器、模-數(shù)變換器或取樣器、序列檢測器和譯碼器。
通常將通道的脈沖響應(yīng)均衡為(1-D)m(1+D)n形式的適當(dāng)部分響應(yīng)(PR)目標(biāo)，其中m和n為正整數(shù)，D為延遲算子。已開發(fā)各種PR目標(biāo)，諸如2級部分響應(yīng)(PR2)、4級部分響應(yīng)(PR4)、4級擴(kuò)充部分響應(yīng)(EPR4)和強(qiáng)化擴(kuò)充部分響應(yīng)(E2PR4)等通道。
以往，讀通道的數(shù)據(jù)檢測器采用維特比(Viterbi)檢測器。維特比檢測器在其輸入由信號和加性高斯白噪聲組成并且采用典型分度量(檢測器所得信號的差錯平方)時，起最大似然(ML)序列檢測器的作用。然后，將檢測到的位序列傳給譯碼器，譯碼成原用戶數(shù)據(jù)。
包括盤片驅(qū)動器存儲通道在內(nèi)，所有的通道都在其傳送的信號中引入噪聲。為了對通道噪聲造成的信號差錯進(jìn)行檢測并且有時加以糾正，已開發(fā)許多編碼方法。這些方法將若干數(shù)據(jù)位構(gòu)成的用戶數(shù)據(jù)字變換成若干碼位構(gòu)成的一些碼字。可設(shè)計(jì)加給碼字的編碼約束，以避免序列容易產(chǎn)生差錯事件，并且能使從通道接收的信號可得到檢錯，有時還可糾錯。
用戶數(shù)據(jù)位數(shù)對碼位數(shù)的平均比率稱為該碼的編碼率。編碼率低意味著碼字中的冗余信息數(shù)量大，因而接收通道中的檢錯和糾錯能力一般隨編碼率的降低而提高。然而，編碼器增添的每一附加位都會使通過通道發(fā)送信號所需的時間和能量增多。
已提出各種約束的建議。例如，在盤片驅(qū)動器中，使磁媒體旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度隨時間變化。這導(dǎo)致讀出信號電壓脈沖之間的時間間隔非均勻。采用饋相環(huán)(PLL)將讀出定時時鐘的相位和頻率鎖定到讀出信號電壓脈沖的相位和頻率。為了確保有規(guī)則的更新PLL，可用一種將讀出信號中連續(xù)零的個數(shù)限制到不大于最大數(shù)“K”的碼。這種碼稱為帶“K”約束的游程限制(RLL)碼(run-length-limited code)?！癒”值越小，PLL的性能越好。然而，K值越小，該碼也難實(shí)現(xiàn)。
碼也可限制編碼位流中的連續(xù)1的個數(shù)，以限制發(fā)送信號中連續(xù)躍遷相互干擾時出現(xiàn)的碼元間干擾效應(yīng)。這種碼稱為帶“j”約束的最大躍遷游程(maximumtransition run)(MTR)碼，其中“j”是通道信號中允許的最大連續(xù)躍遷數(shù)。例如為了避免3次以上連續(xù)躍遷，可設(shè)計(jì)具有MTR約束j＝2的碼。雖然MTR碼減少碼元之間干擾，但去除大量可用碼字，使其難以用高編碼率實(shí)現(xiàn)MTR約束，并且有時不可能實(shí)現(xiàn)。
由于數(shù)據(jù)存儲器技術(shù)不斷進(jìn)步，希望提高數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)的空間密度或者放寬系統(tǒng)部件制造容限而同時保持相同密度。提高空間密度或放寬制造容限要求提高數(shù)據(jù)存儲通道內(nèi)的信噪比(SNR)?；蛘?，可通過通道編碼方案和調(diào)制器中的改進(jìn)，嘗試提高檢測器角度看的有效SNR。
某些數(shù)據(jù)存儲器裝置能模擬成低通通道。例如，磁光通道常模擬成具有高斯脈沖響應(yīng)。垂直磁記錄通道展現(xiàn)相同的響應(yīng)?？v向記錄通道具有一些低通特性，但較準(zhǔn)確模擬成直流處為零低通通道。用于真正低通通道時，現(xiàn)有調(diào)制碼比非編碼通道SNR改善小或無改善。因此，希望有一種編碼方案，能取得特定位差錯率，同時對某些低通道SNR要求低。
本發(fā)明針對上述和其他問題，并且提供優(yōu)于已有技術(shù)的其他好處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面涉及一種數(shù)據(jù)存儲通道編碼器，其中包含數(shù)據(jù)字輸入、碼字輸出和編碼器，該編碼器連接在數(shù)據(jù)字輸入與碼字輸出之間，適應(yīng)于根據(jù)具有最大躍遷游程和奇偶約束的組合的選擇碼，將數(shù)據(jù)字輸入上收到的相繼數(shù)據(jù)字編碼成碼字輸出上的相繼碼字。最大躍遷游程約束對相繼碼字進(jìn)行限制，使相繼碼字級聯(lián)成編碼位流時，該編碼位流具有其偶數(shù)或奇數(shù)索引位位置上開始的最多1個連續(xù)躍遷和其他偶數(shù)或奇數(shù)索引位位置上開始的最多2個連續(xù)躍遷。
一實(shí)施例中，奇偶約束對每組p個的相繼碼字在碼字輸出上產(chǎn)生至少1個奇偶位，其中p為大于零的正整數(shù)變量。例如，可用2個奇偶位，其中可包含二進(jìn)制的“10”或“01”，取決于相繼碼字組的奇偶性。一個例子中，編碼器適應(yīng)于根據(jù)選擇碼將數(shù)據(jù)字輸入上收到的3位相繼數(shù)據(jù)字編碼成碼字輸出上的4位相繼碼字。
本發(fā)明的另一方面涉及將相繼數(shù)據(jù)字編碼成用于通過通道傳輸?shù)南嗬^碼字的方法。該方法包括根據(jù)選擇碼將每一相繼數(shù)據(jù)字映射成相應(yīng)的1個碼字。相繼碼字級聯(lián)成具有多個偶數(shù)和奇數(shù)索引位位置的編碼位流。對選擇碼施加最大躍遷游程約束，使編碼位流具有在其偶數(shù)或奇數(shù)索引位位置上開始的一個連續(xù)躍遷的最大可能游程，并具有在該編碼位流其他偶數(shù)或奇數(shù)索引位位置上開始的2個連續(xù)躍遷的最大可能游程。
本發(fā)明的另一方面涉及一種數(shù)據(jù)存儲讀通道，用于在存儲通道輸出檢測相繼碼字，該相繼碼字根據(jù)一種碼進(jìn)行編碼。該讀通道包含適應(yīng)于檢測相繼碼字的似然序列檢測器。該檢測器具有一種檢測序列，該序列有效禁止檢測位序列偶數(shù)或奇數(shù)索引位位置上開始的連續(xù)躍遷多于1個的存儲通道輸出的位序列、其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置上開始的連續(xù)躍遷多于2個的通道輸出位序列以及具有非允許奇偶數(shù)的通道輸出位序列。
本發(fā)明的又一方面涉及一種盤驅(qū)動器存儲通道，其中包含傳感器和編碼器。傳感器能與數(shù)據(jù)存儲盤片通信。編碼器連接該傳感器，以便根據(jù)選擇碼將相繼數(shù)據(jù)字編碼成相繼碼字，構(gòu)成編碼位流，對該編碼位流進(jìn)行預(yù)編碼，并將預(yù)編碼位流加給傳感器作為通道輸入。
一實(shí)施例中，編碼器對相繼碼字進(jìn)行約束，使編碼位流具有最多1個編碼位流中奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷和最多2個其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置上開始的連續(xù)躍遷，并且在通道輸入上實(shí)施選擇的奇偶約束。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的具有實(shí)現(xiàn)MTR和奇偶約束組合的存儲通道的盤片驅(qū)動器的立體圖。
圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的廣義通信系統(tǒng)框圖，可在例如盤片驅(qū)動器中構(gòu)成。
圖3為說明作為1/2T頻帶上頻率函數(shù)的PR1、PR2和EPR2通道頻率響應(yīng)H(f)的曲線。
圖4為說明作為頻率函數(shù)的PR2通道響應(yīng)和Ds＝0.73的高斯通道響應(yīng)的比較曲線。
圖5為方框圖，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例邏輯上說明多個3/4率編碼功能塊相互級聯(lián)并連接2位奇偶序列。
圖6為本發(fā)明一實(shí)施例的圖2所示通信系統(tǒng)中譯碼器執(zhí)行的功能的邏輯說明圖。
圖7為樣例碼字流中奇偶位計(jì)算和級聯(lián)例的說明圖。
圖8示出一例MTR(1/2；K)編碼PR2通道的格網(wǎng)狀態(tài)機(jī)圖的段。
圖9示出修改成包含每一狀態(tài)路徑的奇偶性“Q”的長度3的格網(wǎng)段。
圖10示出擴(kuò)充成包含6位碼字(來自前例的3/6率碼)并且去除偶奇偶性對應(yīng)狀態(tài)的格網(wǎng)段。
圖11示出去除全部無用狀態(tài)的圖10的格網(wǎng)段。
圖12為本發(fā)明一實(shí)施例的48/66率碼和已有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)16/17率RLL(0，6/6)碼的檢測器差錯率作為SNR函數(shù)的比較曲線。
圖13為與圖12中對比的編碼方案的作為密度函數(shù)的SNR(差錯率為1×10-5)的說明曲線。
實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明提供一種編碼方案，具有最大躍遷游程(MTR)和奇偶約束的組合，以在某些低通部分響應(yīng)(PR)通道中提供編碼增益。一實(shí)施例中，在偶數(shù)位位置或奇數(shù)位位置(但不是兩個位置)出現(xiàn)躍遷時，MTR約束將碼字中的連續(xù)躍遷數(shù)限制為2個和限制為1個。奇偶約束迫使預(yù)編碼的正通道位為偶數(shù)個或奇數(shù)個。
組合的MTR和奇偶約束使讀通道中通過維持比格網(wǎng)的路徑之間的最小歐幾里德(幾何)距離比非編碼時增加約4dB。有些通道為減小碼約束要求的編碼率而調(diào)整距離增益時，會帶來編碼增益(即最小距離增大)。以下的討論說明最小距離凈增益達(dá)到2dB的本發(fā)明的一個例子。
圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的具有實(shí)現(xiàn)MTR與奇偶約束組合的存儲通道的盤片驅(qū)動器100的立體圖。盤片驅(qū)動器100包含具有基底102和頂蓋(未示出)的殼體。盤片驅(qū)動器100還包含盤片組106，由盤片夾108裝在轉(zhuǎn)軸電動機(jī)(未示出)上，盤片組106包含多張獨(dú)立的盤片，安裝成圍繞中心軸109共同旋轉(zhuǎn)。每一盤片表面具有關(guān)聯(lián)的頭110，裝到盤片驅(qū)動器100，與盤片表面聯(lián)系。圖1所示的例子中，頭110由懸臂12支持，該懸臂2連接致動器116的紋道接入臂114。圖1中所示的致動器是稱為旋轉(zhuǎn)動圈致動器型的，其中包含廣義示為118的音圈電動機(jī)(VCM)。音圈電動機(jī)118使致動器116及其連接的頭110圍繞樞軸120旋轉(zhuǎn)，使頭110沿盤片內(nèi)徑124與盤片外徑126之間的路徑122位于期望的數(shù)據(jù)道上。音圈電動機(jī)118在內(nèi)部電路128的控制下進(jìn)行工作。
內(nèi)部電路128中的寫電路對要存入相繼碼字的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后，將其預(yù)編碼成不歸零碼取反(NRZI)格式(或NRZ格式)，并且調(diào)制成串行模擬寫信號。頭110上的寫傳感器根據(jù)寫信號對盤片表面上磁層內(nèi)的磁通點(diǎn)信號進(jìn)行編碼。讀操作期間頭110中的讀傳感器檢測磁通點(diǎn)信號，產(chǎn)生串行模擬讀信號。該模擬讀信號變換成串行數(shù)字信號，提供給內(nèi)部電路128中的檢測器和譯碼器電路，以產(chǎn)生復(fù)原的數(shù)據(jù)信號。
圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的廣義通信系統(tǒng)148的框圖，可在例如盤片驅(qū)動器100中構(gòu)成。通信系統(tǒng)148包含編碼器150，接收輸入152上的相繼用戶數(shù)據(jù)字Xm＝[x0、x1、…、xm-1]，將該數(shù)據(jù)字編碼成輸出153上的相繼碼字Yn＝[y0、y1、…、yn-1]。變量m是正整數(shù)變量，表示每一數(shù)據(jù)字中的碼元數(shù)或二進(jìn)制位數(shù)。變量n是正整數(shù)變量，表示每一碼字中的碼元數(shù)或二進(jìn)制位數(shù)。每一數(shù)據(jù)字可包含任何數(shù)量的碼元。例如二進(jìn)制系統(tǒng)中，每一碼元代表1個邏輯數(shù)據(jù)位。在盤片驅(qū)動器應(yīng)用中，通常數(shù)據(jù)字長度為4、8或16位。后文將較詳細(xì)說明，相繼用戶數(shù)據(jù)字Xm用“j”約束最大躍遷游程(MTR)和奇偶約束編碼成相繼碼字Yn。編碼器150通過在輸出153給相繼碼字Yn(或碼字串)增加Zn和Zn+1兩個位，在每一碼字(或碼字串)實(shí)施奇偶約束。對位Zn和Zn+1進(jìn)行選擇，使每一碼字(或碼字串)在預(yù)編碼成NRZI或NRZ格式后具有偶奇偶性或奇偶性，以便通過通道傳輸。
編碼器150包含例如組合邏輯或狀態(tài)機(jī)，以確保產(chǎn)生無不希望二進(jìn)制碼元序列的碼字。另一些實(shí)施例中，編碼器150可按具有查找表的軟件實(shí)現(xiàn)，該表用于進(jìn)行每一用戶數(shù)據(jù)字與其相應(yīng)碼字之間的變換。也可用其他硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。
并/串變換器155從輸出153接收帶2個奇偶位的相繼碼字，將每一碼字變換成串行表示并且級聯(lián)該表示，以在輸出154產(chǎn)生碼字位串行流Vk。預(yù)編碼器156從輸出154接收串行碼字流Vk，調(diào)整其序列，使其優(yōu)化為復(fù)原來自通道的信號用的檢測器的形式。一實(shí)施例中，預(yù)編碼器156調(diào)整該序列以實(shí)現(xiàn)NRZI調(diào)制方案，其中二進(jìn)制“0”代表無躍遷或磁媒體上的磁通點(diǎn)信號。二進(jìn)制“1”代表躍遷。另一實(shí)施例中，采用NRZ調(diào)制方案，其中二進(jìn)制的“1”代表一個寫電流極性，二進(jìn)制“0”代表其相反的極性。預(yù)編碼器156產(chǎn)生輸出157上的預(yù)編碼寫信號矢量ak，“k”是0到無限大的時間索引號。輸出157上的預(yù)編碼寫信號ak提供給調(diào)制器158，產(chǎn)生寫信號159，提供給通道160。已調(diào)寫信號為雙極性，具有{-1、+1}集內(nèi)包含的值，以實(shí)現(xiàn)選擇的調(diào)制方案。
通道160包含寫電流放大器、頭110中的寫傳感器、盤片組106和頭110中的讀傳感器(示于圖1)。已調(diào)寫信號由寫傳感器以磁通點(diǎn)信號的方式存放在磁盤表面。讀操作時，頭110中的讀傳感器從磁盤表面讀取所存放的編碼信息，將其傳給自動增益控制器162，作為通道輸出164上的讀信號r(t)。
自動增益控制器162使讀信號r(t)的幅值保持在期望范圍內(nèi)并將其提供給低通濾波器166。該濾波器166濾出高頻分量后，將濾波后的讀信號r(t)提供給取樣器168。取樣器168可包含例如模一數(shù)(A/D)變換器，將濾波后的讀信號r(t)變換成輸出169上的數(shù)字讀碼元序列rk，提供給有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器170。FIR濾波器170將數(shù)字讀碼元序列rk均衡成目標(biāo)響應(yīng)。FIR濾波器170在輸出171產(chǎn)生觀察變量yk，由維特比檢測器172中的維特比算法進(jìn)行處理。
維特比檢測器172的維特比算法，其操作近似于最大似然序列檢測器(MLSD)，以便檢測從通道160接收的最相似位。一實(shí)施例中，維特比檢測器172實(shí)現(xiàn)格網(wǎng)狀態(tài)機(jī)圖，后文將詳細(xì)討論。格網(wǎng)根據(jù)由編碼器150施加的MTR和奇偶約束，修改成禁止一些狀態(tài)和分支。
然后，將檢測的位序列k提供給檢測器內(nèi)(或檢測器外)的后編碼器，施加預(yù)編碼器156中預(yù)編碼函數(shù)的反函數(shù)，以產(chǎn)生檢測的位序列 該序列 提供給串/并變換器174，將位組合成碼字，并且將該碼定從串行格式變換成并行格式。在輸出175處相繼恢復(fù)的碼字具有的長度相應(yīng)于編碼器150所產(chǎn)生碼字的長度。譯碼器176采用編碼器150所加編碼規(guī)則的反規(guī)則在輸出177將相繼碼字變換成各自的用戶數(shù)據(jù)字。
模擬例例如對PR2通道模擬圖2所示的通信系統(tǒng)148，說明具有MTR和奇偶約束組合的碼對低通PR2通道能達(dá)到2dB凈編碼增益。
1.通道模型諸如用于磁光記錄和垂直記錄中的某些類型低通通道具有高斯脈沖響應(yīng)特性。這些通道的脈沖響應(yīng)f(t)由下式表示 式中，t是時間，T0是常數(shù)。在通道160的輸入處(示于圖2)以正、負(fù)脈沖的形式發(fā)送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。將碼元間干擾(ISI)或線性碼元密度的度量定義為Ds＝T0/T，其中T為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的波特周期。于是，通道160的連續(xù)時間通道響應(yīng)h(t)具有式2的形式。 假設(shè)通道輸入數(shù)據(jù)脈沖為雙極性，具有值ak∈{-1/+1}，且受加性高斯白噪聲(AWGN)信號n(t)破壞，則讀信號r(t)記為 由于通道160具有低通頻響，匹配濾波器166也為低通。在這點(diǎn)上，巴特沃斯型低通濾波器(LPF)代替匹配濾波器用于以下的模擬，無需證明最佳性。除極低的密度外，1/2T帶寬外的能量忽略。因而，響應(yīng)h(t)用-3dB點(diǎn)在1/2T的7階巴特沃斯濾波器濾波后，由取樣器168(也示于圖2)以波特率取樣，從而產(chǎn)生有效取樣通道hk。假設(shè)通道160引入的噪聲受到頻帶限制和取樣，則由下式給出波特率通道模型。 如多數(shù)存儲通道那樣，由于信號能量隨密度Ds非線性變化，規(guī)定SNR成問題。因此，采用下列專門定義以便說明 式中，σ2是噪聲n(t)的方差。這只是歸一化密度Ds＝2時1/2T頻帶中噪聲功率的倒數(shù)。這樣，就使編碼方案可根據(jù)固定通道響應(yīng)的信息密度按要比較的不同比率(因而不同密度)進(jìn)行操作。
2.接收機(jī)模型本例用-3dB點(diǎn)在1/2T的7階巴特沃斯濾波器作為前端低通濾波器166。隨取樣器168之后，離散時間FIR170進(jìn)一步對讀信號進(jìn)行均衡。對收到的取樣的矢量rk＝[rk、rk-1、…、rkL-1]T，長度L的FIR“C”矢量和時延Δ產(chǎn)生觀察變量如下yk＝cTrk+Δ.式6然而，采用維特比檢測器172作為近似最大似然序列檢測器(MLSD)實(shí)現(xiàn)的維特比算法對觀察變量yk進(jìn)行處理。為了切合實(shí)際，常將通道響應(yīng)長度f＝CTh約束為預(yù)定的部分響應(yīng)。對低通通道而言，一些合適的目標(biāo)響應(yīng)為PR1(f(D)＝1+D)、PR2(f(D)＝1+2D+D2)和EPR2＝(f(D)＝1+3D+3D2+D3)。此處所述的模擬例，則用最小均方(LMS)適應(yīng)設(shè)計(jì)FIR170，以達(dá)到最小均方誤差(MMSE)均衡器，MMSE準(zhǔn)則的特征為 圖3中將PR1、PR2和EPR2的頻響應(yīng)H(f)作為頻帶1/2T上的頻率的函數(shù)示出。沿軸200畫頻響H(f)的幅值，沿軸202畫頻率f。線204代表PR1多項(xiàng)式的頻響，線206代表PR2多項(xiàng)式的頻響，線208代表EPR2多項(xiàng)式的頻響。圖4是沿軸210的響應(yīng)幅值作為沿軸212的頻率的函數(shù)的說明曲線。線214代表PR2多項(xiàng)式的頻響，線216代表Ds＝0.73時高斯通道的頻響。顯然，PR2多項(xiàng)式214在所選密度下是合適的響應(yīng)。PR1適合較低的密度，EPR2則例如在較高密度下有用。
3.最小距離分析一旦選擇部分響應(yīng)目標(biāo)，即可用AWGN假設(shè)(即忽略來自均衡的噪聲相關(guān))計(jì)算最大似然差錯事件及其相關(guān)概率的分布。該假設(shè)為實(shí)用分析提供合理的起點(diǎn)。可用通道160和接收機(jī)部件的蒙特卡羅模擬提供誤差機(jī)構(gòu)的更準(zhǔn)確描述?？捎靡韵掠?jì)算的分布決定編碼約束并估計(jì)相應(yīng)的增益。
根據(jù)測量輸入序列與接收序列之間的歐幾里德(幾何)距離的度量檢測AWGN線性通道的最大似然序列。檢測器選擇支持距離最小的序列。最大可能差錯事件相當(dāng)于由小歐幾里德距離分開的輸入序列和檢測器輸出序列。維特比檢測器的差錯率(或差錯概率)Pe可近似表為 式中，dmin是全部序列的最小歐幾里德距離。因此，最小差錯事件直接表示系統(tǒng)148對給定噪聲功率的工作優(yōu)良程度。此外，兩個差錯事件所關(guān)聯(lián)距離的比率是他方所涉及特定差錯事件發(fā)現(xiàn)似然性的度量。
給定的通道中，最小距離差錯事件一般不能得到閉型解。與此相反，該距離包含在隨所考慮差錯事件長度增大而單調(diào)逼近最小距離的兩個范圍內(nèi)。在PR2的情況下，小距離差錯事件會存在一長串連續(xù)躍遷。因1/2T處零響應(yīng)(如圖3和圖4所示)而造成的此事件可通過限制連續(xù)躍遷數(shù)加以消除，連續(xù)躍遷數(shù)的限制則通過從可供編碼器150用的碼字中去除全“1”NRZI碼字完成。假設(shè)定消除這些事件，則最小距離范圍對ek∈{-2、0、+2}的差錯事件為dmin＝4。差錯事件是分別為發(fā)送事件和檢測事件的ak和k之間的差。
表1示出PR2通道的最小距離差錯事件，其長度L＝9或更小，并且以ek＝+2為起點(diǎn)。
表1d＝4.0000(0.00dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，0，0，0}d＝4.0000(0.00dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，0，0，0}d＝4.0000(0.00dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，0，0，0}d＝4.0000(0.00dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，2，-2，0}d＝4.0000(0.00dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，2，-2，2}d＝4.0000(0.00dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，2，0，0}d＝4.0000(0.00dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，0，0，0}d＝4.0000(0.00dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，0，0，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，0，2，-2，0，0，0，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，0，2，-2，2，-2，0，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，0，2，-2，2，-2，2，-2}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，0，2，-2，2，-2，2，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，0，2，-2，2，0，0，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，-2，0，2，-2，0，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，-2，0，2，-2，2，-2}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，-2，0，2，-2，2，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，0，2，-2}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，-2，2，-2}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，-2，2，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，0，-2，2，-2，0，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，0，-2，2，-2，2，-2}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，0，-2，2，-2，2，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，-2，2，0，-2，2，0，0，0}d＝4.8990(1.76dB)e＝{2，0，0，0，0，0，0，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，-2，2，-2，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，-2，2，-2，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，-2，2，-2，2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，-2，2，0，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，-2，2，-2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0， 0，-2，2，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，-2，2，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，-2，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，-2，2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，0，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，0，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，2，-2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，2，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，2，-2，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，2，-2，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，0，2，-2，2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，2，-2，0，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，2，-2，2，-2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，2，-2，2，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，0，2，-2，2，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，2，-2，0，2，-2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，2，-2，0，2，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，2，-2，2，0，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，0，2，0，0，0，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，-2，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，-2，2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，0，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，0，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，2，-2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，2，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，0，2，0，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，0，2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，2，0，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，-2，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，0，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，0，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，-2，0，0，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，-2，2，0，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，-2，2，-2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，-2，2，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，-2，2，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，-2，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，-2，2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，0，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，0，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，2，-2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，2，-2，2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，2，-2，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，2，-2，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，-2，2，0，0，2，-2，2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，0，-2，2，-2，0，0，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，0，-2，2，-2，2，-2，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，0，-2，2，-2，2，-2，2，-2}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，0，-2，2，-2，2，-2，2，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，0，-2，2，-2，2，0，0，0}d＝5.6569(3.01dB)e＝{2，0，-2，2，0，0，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，-2，2，-2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，-2，2，-2，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，-2，2，-2，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，-2，2，-2，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，-2，2，0，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，-2，0，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，-2，2，0，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，0，-2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，-2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，0，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，0，0，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，0，0，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，0，2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，0，0，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，0，2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，2，-2，0，2，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，0，2，0，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，2，-2，0，0，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，2，-2，0，0，2，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，2，-2，0，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，2，-2，2，-2，0，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，2，-2，2，0，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，2，0，-2，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，2，0，-2，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，0，2，0，-2，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，-2，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，-2，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，-2，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，-2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，0，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，0，0，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，0，0，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，0，2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，0，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，2，-2，0，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，0，2，0，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，0，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，0，0，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，-2，0，0，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，0，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，0，0，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，0，0，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，0，2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，-2，2，0，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，-2，0，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，-2，0，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，-2，2，-2，0，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，-2，2，0，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，0，-2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，-2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，0，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，0，0，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，0，0，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，0，2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，0，0，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，0，2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，2，-2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，2，-2，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，2，-2，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，-2，2，0，2，-2，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，-2，2，-2，0，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，-2，2，-2，0，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，-2，2，-2，2，0，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，-2，2，0，-2，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，-2，2，0，-2，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，-2，2，0，-2，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，-2，2，-2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，-2，2，-2，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，-2，2，-2，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，-2，2，-2，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，-2，2，0，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，-2，2，-2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，-2，2，-2，2，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，-2，2，-2，2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，-2，2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，-2，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，-2，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，-2，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，0，-2，2，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，0，-2，2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，0，0，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，0，0，2，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，0，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，0，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，2，-2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，2，-2，2，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，0，2，-2，2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，2，-2，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，2，-2，2，-2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，2，-2，2，-2，2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，0，2，-2，2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，2，-2，0，0，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，2，-2，2，-2，0，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，2，-2，2，-2，2，-2}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，2，-2，2，-2，2，0}d＝6.3246(3.98dB)e＝{2，0，0，2，-2，2，0，0，0}通道160是線性的，因而符號相反的事件距離相等。用下式計(jì)算距離“d” 式中，N是通道響應(yīng)f的長度。表1中還示出以分貝(dB)為單位的離開最小距離事件的距離。下文將討論，表1中劃線的差錯事件相當(dāng)于本發(fā)明一實(shí)施例中所采用編碼方案達(dá)到的最小距離。
另一常用的品質(zhì)因數(shù)是匹配濾波器距離。這是僅發(fā)送一個通道碼元，使檢測器不受通道的碼元間干擾(ISI)特性影響時，檢測器看的距離。通過將差錯事件設(shè)定為ek＝{+2、0、0、0、…}，用上述距離公式能計(jì)算匹配濾波器距離。對PR2通道而言，匹配濾波器距離為d＝4.899。因此，該通道的ISI結(jié)構(gòu)使其最小距離劣化1.76dB。
4.調(diào)制碼約束編碼器150(示于圖2)所加的調(diào)制碼通過施加防止發(fā)送差值等于小距離差錯事件的2個序列，使最小距離增加。為了消除距離小于匹配濾波器范圍的差錯事件，可用時變大躍遷游程(MTR)碼。
傳統(tǒng)的MTR給碼位序列Yn施加約束MTR(j；k)，以消除大于j個連續(xù)躍遷和k個連續(xù)非躍遷的碼位序列。時變MTR具有約束MTR(j1/j2；k)，防止序列中從奇數(shù)位置開始的連續(xù)躍遷在j1個以上，從偶數(shù)位置開始的連續(xù)躍遷在j2個以上。假設(shè)修改檢測器172和譯碼器176中的任何約束以反映此變化，可倒置編碼器150中偶數(shù)或奇數(shù)位置的約束分配。
用具有約束MTR(1/2；k)的碼能消除±{+2、-2}形式的差錯事件。采用3/4編碼率可得具有此約束的實(shí)際碼，其中k＝6。這些MTR的容量為0.7925。不幸的是，低編碼率要求增加的帶寬會使噪聲功率增大1.25dB。此外，通道碼元能量還會隨密度加大而減小，因此凈效果性能受損。
本發(fā)明一實(shí)例中，通過消除單一位差錯事件，還進(jìn)一步使最小歐幾里德距離減小。若修改編碼器150和檢測器172的維特比格網(wǎng)，使MTR約束外還包含奇偶約束，則能避免單一碼字內(nèi)出現(xiàn)奇數(shù)差錯(事件中的非零差錯位)。這會消除單一位差錯事件以及3位事件、5位事件等。
奇偶約束與MTR(1/2；k)約束組合后，最小距離差錯事件成為ek＝+{2，0，2}，即表1中畫線的項(xiàng)。這相當(dāng)于d＝6.32或增益為3.98dB的最小距離。然而，系統(tǒng)148不會看到4dB的全工作增益。反之，采用低編碼率的碼隱含的SNR損失會使此距離減小。因此，MTR和奇偶約束組合的容量小于僅有MTR約束的容量0.7925。
5.編碼器/譯碼器設(shè)計(jì)例設(shè)計(jì)編碼器150和譯碼器176，以實(shí)現(xiàn)上面討論的編碼約束?？稍诶鐮顟B(tài)機(jī)、組合邏輯、軟件或硬件查找表中實(shí)現(xiàn)這些約束?？墒褂闷渌恍?gòu)成。
MTR約束比奇偶約束更具有約束性，因此，MTR約束是本討論合理的開始點(diǎn)。一實(shí)施例中，編碼器和譯碼器適應(yīng)實(shí)現(xiàn)表2所示映射規(guī)定的3/4率MTR(1/2；6)碼。
表2

表2中的選擇碼字即使在碼字相互級聯(lián)時也滿足選擇的MTR約束。碼字中的“1”代表圖2中調(diào)制器159的輸出上的寫電流極性的躍遷。躍遷序列在每一碼字中奇位位置上開始時，將連續(xù)躍遷數(shù)限制為1，躍遷序列在每一碼字偶數(shù)位位置開始，則將連續(xù)躍遷數(shù)限制為2。碼字相互級聯(lián)時，存在6個非躍遷(即“0”)的最大可能游程。另一些實(shí)施例中，k約束可具有其他的值，包括無窮大。
通過每一碼字Yn(或每一碼字串)級聯(lián)一個2位序列(Nn、Zn+1)，實(shí)施奇偶約束。首先，決定碼字中的前置奇偶位。如果Xm＝[x0、x1、…xm-1]代表數(shù)據(jù)字，Yn＝[y0、y1…、yn-1]代表碼字，則對以時間索引號k開始的碼字而言，根據(jù)下式，由先前碼元與當(dāng)前碼位的模2和決定預(yù)編碼器148的輸出上發(fā)送的二進(jìn)制{0、1}NRZ碼元ak＝ak-1yk式10通過設(shè)定初始條件Qk-1＝0(這里“Qk-1”是先前碼位的奇偶性)并按下式進(jìn)行計(jì)算，決定NRZ制1的個數(shù)的奇偶性Qi＝Qi-1ak，i＝k...k+n-1. 式11偶奇偶性，Q＝0；奇奇偶性，Q＝1。一實(shí)施例中，選擇2個位Zn、Zn+1，提供偶奇偶性如下 結(jié)果，在預(yù)編碼器156的輸出得到期望的奇偶性。于是，圖2中編碼器150的輸出上，MTR+奇偶碼為Zn+2＝[Ynznzn+1] 式13因此，XmZn+2構(gòu)成m/(n+2)率奇偶碼。選擇決定最后奇偶性的2位序列，因?yàn)樵撔蛄胁黄茐腗TR(1/2；k)約束。實(shí)際上，與3/4率MTR(1/2；6)碼級聯(lián)時，保留全部約束，并且得到3/6率碼的結(jié)果。保留來自3/4率碼的約束意味著能級聯(lián)來自MTR碼的多個字，在與奇偶約束位級聯(lián)前構(gòu)成較長的字。如果采用3/4率編碼器的p次重復(fù)，則所得編碼器具有3p/(4p+2)編碼率。p＝1，則編碼率為3/6＝0.5，但p＝16，編碼率為48/66＝0.7273。作為一個例子，表3中示出3/6率碼的映射。
表3

如果要級聯(lián)“p”個3/4率碼，則編碼器150建立

所建立的式中，采用3/4率MTR(1/2；6)的編碼器/譯碼器進(jìn)行3位X3至4位Y4的映射。此公式提供實(shí)現(xiàn)簡易的塊式編碼器-譯碼器。
圖5是邏輯性說明塊編碼器的方框圖，其中根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，多個3/4率編碼功能塊2500～250i(i＝p-1)相互級聯(lián)并且連接一個2位奇偶序列，如上所述。對m＝3，編碼器150在輸入152上接收用戶數(shù)據(jù)位X3＝[x0、x1、x2…x3i、x3i+1、x3i+2]，傳給各自的編碼器功能塊2500～250i。每一編碼器功能塊2500～250i根據(jù)上述表2，將各自的3位用戶數(shù)據(jù)位序列在輸出153處編碼成相應(yīng)的4位碼字。對n＝4，將各自的4位碼字位序列標(biāo)為Y4＝[y0、y1、y2、y3…、y4i、y4i+1、y4i+2、y4i+3]。此外，每一編碼器級根據(jù)上述式11計(jì)算每一位序列的奇偶性Q。例如，根據(jù)初始條件ak-1＝0和Qk-1＝0計(jì)算Q3。計(jì)算NRZI位a3，提供給Q3，作為下一編碼器功能2501的初始條件，由該級計(jì)算Q7。對每一編碼器級重復(fù)此處理過程，直到計(jì)算最后的奇偶性Q4i+3。然后，奇偶產(chǎn)生器252根據(jù)Q4i+3的值和以上給出的公式，產(chǎn)生2個奇偶約束位Z4i+4和Z4i+5，在輸出153處添加到級聯(lián)碼字的末端，使在預(yù)編碼器156的輸出上得到的預(yù)編碼位序列a0…a4i+5具有奇或偶的奇偶性。
圖6是邏輯性說明譯碼器176所執(zhí)行功能的框圖。譯碼器176包含多個譯碼器功能級2540～254i，采用編碼器150所用3/4率MTR(1/2；6)編碼規(guī)則的反規(guī)則將輸入175上接收的相繼碼字Y4＝[y0、y1、y2、y3…、y4i、y4i+1、y4i+2、y4i+3]變換成輸出177上的各自數(shù)據(jù)字X3＝[x0、x1、x2…、x3i、x3i+1、x3i+2]。因?yàn)闄z測器實(shí)施奇偶性，譯碼器176忽略2個奇偶約束位Z4i+4和Z4i+5。
圖7是樣本碼字流260中計(jì)算并級聯(lián)奇偶位例的說明圖。碼字流260由2個級聯(lián)碼字261和262構(gòu)成，分別具有“1001”和“1010”的值。在碼字262的始端前，給碼字261前添加值為“01”的2個奇偶位263。碼字261和262分別具有4位的碼字長度。第1位在時間上位于位流260的遠(yuǎn)左處，后面的各位在時間上延伸到右端。行266根據(jù)各碼字內(nèi)位的總體位置，給碼字261和262中的每一位分配一整數(shù)。這種編號系統(tǒng)下，碼字261和262其每一碼字的第1位是最高有效位，并將其編號為第3位。每一碼字的最后位是最低有效位，并將其編號為第0位。行267根據(jù)整個碼字流160內(nèi)位的臨時位置，對碼字261、262的每一位和奇偶位263分配一整數(shù)。
奇數(shù)/偶數(shù)行268位于行267上方，給碼字流260中的每一偶數(shù)位分配“E”標(biāo)號，碼字流260的每一奇數(shù)位則分配“O”標(biāo)號。“E”和“O”標(biāo)號與碼字流260中各自的位在垂直方向上對齊。MTR行269對碼字流260中每一位的位置指定MTR約束。碼字流260中每一偶數(shù)位位置具有1的MTR約束。該流260的各偶數(shù)位位置則具有2的MTR約束。由于給碼字261添加的奇偶位數(shù)是偶數(shù)，相繼碼字261和262中的相應(yīng)位位置(由行266指定)具有相同的MTR約束。這有助于確保該流中的各碼字間邊界上的整個碼流260滿足全部MTR約束。例如，偶數(shù)位位置6開始，碼字流260中僅有2個躍遷(“1”)，如位位置6和7中的“1”所示。這滿足將偶數(shù)位位置開始的最大躍遷數(shù)為2的MTR約束。
行270代表上述式10決定的預(yù)編碼器156的輸出。行270的每一位是行270中先前預(yù)編碼位和行260中當(dāng)前碼字位的異邏輯運(yùn)算結(jié)果，其條件為假設(shè)起始條件是ak-1＝0(即行270中第1位前面的位)。因此，預(yù)編碼器156的輸出在位位置1～4具由行267決定的奇數(shù)個“1”。位位置5和6上的附加預(yù)編碼奇偶位使行270中的預(yù)編碼輸出在位1～6具有偶奇偶性，其原因在于給流中的這些位添加附加的“1”。
行271代表每一位位置的“Q”計(jì)算值。如上所述，對i＝k…k+n-1而言，Qi＝Qi-1ak，并且假設(shè)Qk-1為零。由于Q3(圖7中行271上位位置4的Q值)為“1”，根據(jù)上述式12，碼字流260的位置5和6上添加的奇偶位Zn和Zn+1為“01”。
6.維持比譯碼器一實(shí)施例中，維特比檢測器172適應(yīng)實(shí)現(xiàn)一種維特比算法，用于對PR2通道檢測受MTR和奇偶約束組合碼約束的數(shù)據(jù)。格網(wǎng)可用于任何長度為3的通道響應(yīng)，并可推廣用于較長的響應(yīng)(諸如EPR2等)。MTR約束隨時間變化，取決于樣本索引號k。因此，格網(wǎng)也是隨時間變化的。
圖8示出用于MTR(1/2；k)編碼PR2通道的一例格網(wǎng)狀態(tài)機(jī)圖的段300。注意，格網(wǎng)的輸入{ak-2、ak-1}在圖中示為雙極性{-1，+1}的形式。以后的圖中，采用二進(jìn)制表示{0、1}，其含義相同。格網(wǎng)300具有垂直朝向狀態(tài)組表示的多個離散時間間隔，這些間隔決定來自通道的任何用戶輸入序列的無噪聲輸出。如所周知，每一狀態(tài)一般作為加法比較選擇(ACS)單元實(shí)現(xiàn)。ACS單元在其相應(yīng)路徑將每一分支度量相加成總度量。然后，比較每一狀態(tài)的2個輸入路徑的度量，選擇最佳度量的路徑。通過禁止編碼器150為避免各差錯事件而清除的位序列所對應(yīng)的路徑302和304(用虛線表示)，修改格網(wǎng)300，以實(shí)施所選MTR約束。假設(shè)段306代表偶數(shù)位位置，段308代表奇數(shù)位位置，由于例如禁止在奇數(shù)位位置上開始的2個相繼躍遷，在段308消除路徑302和304。
圖9示出格網(wǎng)段310，長度也為3，與格網(wǎng)段300相同，但修改成包含每一狀態(tài)的路徑奇偶性“Q”。跟蹤每一狀態(tài)的路徑奇偶性，直到碼字結(jié)尾。這時，從格網(wǎng)刪去奇奇偶性(格網(wǎng)段310下半部分中，Q＝1)對應(yīng)的狀態(tài)。圖10示出擴(kuò)展成包含6位碼字(來自上例的3/6率碼)的格網(wǎng)段320，其中已去除奇奇偶性對應(yīng)的狀態(tài)。為了實(shí)用，VLSI設(shè)計(jì)應(yīng)包含任何時刻所需的全部狀態(tài)。然而，有些狀態(tài)未輸入，因而使其度量大，以免下一時刻影響格網(wǎng)。圖11示出消除全部未用狀態(tài)的格網(wǎng)段320。
7.模擬結(jié)果按照48/66率碼實(shí)現(xiàn)上述編碼約束。以標(biāo)準(zhǔn)16/17率RLL(0、6/6)碼為背景對高斯通道模型進(jìn)行此模擬，該標(biāo)準(zhǔn)碼在5537112號美國專利中討論，此專利由P.Tsang在1996年7月16日提出，題目為“部分響應(yīng)通道中實(shí)現(xiàn)游程長度有限碼的方法和設(shè)備(Method and Apparatus for Implementing Run Length LimitedCodes in partial Response Channel)”。圖12畫出用戶位密度(Du＝編碼率×Ds)Du＝0.7時的模擬結(jié)果。軸350代表檢測器差錯率，軸352代表以dB為單位的SNR。線354示出16/17率碼的檢測器位差錯率，線356示出48/66率碼的檢測器位差錯率。用戶位密度為0.7時，所建議的48/66率編碼方案與16/17率碼相比，提供1dB的增益。用戶位密度變化時，PR2多項(xiàng)式及其差錯機(jī)構(gòu)是通道響應(yīng)良好模型的范圍也變化。
為了考查此間的折衷，測量達(dá)到10-5固定差錯率所需的SNR，作為密度的函數(shù)。圖13畫出這些測量結(jié)果。軸400代表差錯率為1×10-5時的SNR(dB)，軸402代表用戶位密度Du，軸404代表兩種編碼方案間的增益。線406示出16/17率碼的SNR，線408示出48/66率碼的SNR。線410示出兩種編碼方案間的增益。48/66率碼在低密度時提供顯著的增益。然而，在密度為0.85附近，距離增益由編碼率損耗抵銷，因而凈增益為零。密度更高時，低編碼率使所建議的方案工作差。
另一實(shí)施例中，編碼器150僅對每一碼字(或碼字串)末端添加一個奇偶位，使預(yù)編碼器156的輸出具有偶或奇的奇偶性。然而，由于奇偶位使碼字間的邊界難以滿足MTR約束，一個奇偶位造成對給定MTR約束選擇有效字更復(fù)雜。例如，對表2的碼字“0001”末端添加一個奇偶位后，跟著連接表2的“1000”碼字，就會用位序列“000111000”。此序列存在3個連續(xù)躍遷(即“1”)，因而不滿足約束MTR(1/2；k)。又由于在碼字間添加奇數(shù)個二進(jìn)制位，采用一個奇偶位也難以在每一碼字內(nèi)對不同的臨時位置(諸如偶數(shù)位置和奇數(shù)位置)保持不同的MTR約束。然而，如果需要，可用奇數(shù)個奇偶位。
9.結(jié)論上述模擬結(jié)果示出MTR(1/2；k)加上奇偶約束配合低通濾波器通道(具有高斯脈沖響應(yīng))使用時，能生效。低用戶密度的情況下，編碼提供高達(dá)2分貝的余量，但密度大于0.8，則增益為零或負(fù)值。通過對編碼器和維特比算法的修改，實(shí)施編碼約束。
總之，本發(fā)明的一個方面涉及包含數(shù)據(jù)字輸入152和碼字輸出153的數(shù)據(jù)存儲通道編碼器150。編碼器150適應(yīng)于根據(jù)具有MTR和奇偶性約束的組合的選擇碼，將數(shù)據(jù)字輸入152上收到的相繼數(shù)據(jù)字Xm編碼成碼字輸出153上的相繼碼字Yn。MTR約束對相繼碼字Yn進(jìn)行限制，使相繼碼字Yn在輸出154級聯(lián)成編碼位流260時，該位流260具有最多一個在其奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置268開始的連續(xù)躍遷和最多2個在其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置268開始的連續(xù)躍遷。
一實(shí)施例中，選擇碼對每組p個的相繼碼字Yn在碼字輸出端產(chǎn)生至少一個奇偶位Zn，其中p為大于零的正整數(shù)變量。例如，可用2個奇偶位Zn和Zn+1，包括二進(jìn)制的“10”或二進(jìn)制的“01”，取決于相繼碼字組的奇偶性Q。一實(shí)施例中，編碼器150適應(yīng)于根據(jù)選擇碼將數(shù)據(jù)字輸入152上收到的相繼3位數(shù)據(jù)字Xm編碼成碼字輸出153上的連續(xù)4位碼字Ym。
本發(fā)明的另一方面涉及一種將相繼數(shù)據(jù)字Xm編碼成相繼碼字Yn通過通道160傳輸?shù)姆椒?。該方法包含根?jù)選擇碼將每一相繼數(shù)據(jù)字Xm映射成相應(yīng)的一個碼字Yn。相繼的碼字Yn在輸出154級聯(lián)成具有多個奇數(shù)和偶數(shù)索引位位置268的編碼位流。在選擇碼上施加最大躍遷游程約束MTR(1/2)，使輸出154上的編碼位流260具有在其一個奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置268開始的一個連續(xù)躍遷的最大可能游程，并且具有在該編碼位流260其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置268開始的2個連續(xù)躍遷的最大可能游程。還在選擇碼上施加奇偶約束Zn、Zn+1。
本發(fā)明的另一方面涉及一種在存儲通道輸出173檢測相繼碼字用的數(shù)據(jù)存儲讀通道148，該連續(xù)碼字根據(jù)一種碼進(jìn)行編碼。該讀通道148包含適應(yīng)檢測連續(xù)碼字的似然序列檢測器172。檢測器172具有檢測序列300、310、320，該序列有效禁止檢測存儲通道輸出173中具有一個以上在位流中奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置268開始的連續(xù)躍遷的位流、在通道輸出173中具有2個以上在其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置268開始的連續(xù)躍遷的位流，以及通道輸出173中具有禁止的奇偶性的位流。
本發(fā)明的又一方面涉及包含傳感器和編碼器150、155、156、158的盤片驅(qū)動器存儲通道148。傳感器能與數(shù)據(jù)存儲盤片連通。編碼器150、155、156、158連接傳感器，根據(jù)選擇碼將相繼數(shù)據(jù)字Xn編碼為相繼碼字Ym，以構(gòu)成編碼位流154、260，并對編碼位流154、260進(jìn)行預(yù)編碼后，將預(yù)編碼位流157加給傳感器作為通道輸入。
一實(shí)施例中，編碼器對相繼碼字Yn進(jìn)行約束，使編碼位流154具有最多一個在其奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置268開始的連續(xù)躍遷和最多2個在其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷，并且在通道輸入157上施加選擇的奇偶約束。
應(yīng)理解，盡管以上說明已記述本發(fā)明各實(shí)施的許多特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明各實(shí)施例的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和功能，但該揭示僅屬說明，其細(xì)節(jié)可改變，尤其是在所附權(quán)利要求廣義表達(dá)的全范圍的本發(fā)明的原理內(nèi)，改變其結(jié)構(gòu)和部件安排。例如，可修改采用的具體碼，能用不同的硬件和/或軟件配置實(shí)施這些碼。序列檢測器可包括修改成實(shí)施選擇的碼約束的各種類型檢測器。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)存儲通道編碼器，其特征在于包含數(shù)據(jù)字輸入；碼字輸出；編碼器，連接在數(shù)據(jù)字輸入與碼字輸入之間，適應(yīng)于根據(jù)具有最大躍遷游程約束和奇偶約束組合的選擇碼，將數(shù)據(jù)字輸入處接收的相繼數(shù)據(jù)字編碼成碼字輸出上的相繼碼字，其中最大躍遷游程約束對連續(xù)碼字進(jìn)行限制，使連續(xù)碼字級聯(lián)成編碼位流時，該編碼位流具有最多一個在其奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷，以及最多2個在其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲通道編碼器，其特征在于，奇偶約束在碼字輸出端對每組p個的相繼碼字產(chǎn)生至少一個奇偶性實(shí)施位，其中p為大于零的正整數(shù)變量。
3.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)存儲通道編碼器，其特征在于，奇偶約束對每一p個碼字的組產(chǎn)生并添加一個奇偶性實(shí)施位，以實(shí)施奇偶約束。
4.如權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)存儲通道編碼器，其特征在于，奇偶約束對每一p個碼字的組添加2個奇偶性實(shí)施位，以實(shí)施奇偶約束。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)存儲通道編碼器，其特征在于，2個奇偶約束位包含二進(jìn)制“10“或二進(jìn)制“01”，取決于p個碼字組的奇偶性。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲通道編碼器，其特征在于，該編碼器適用于根據(jù)選擇碼，將數(shù)據(jù)字輸入上接收的相繼3位數(shù)據(jù)字編碼成碼字輸出上的相繼4位碼字。
7.一種將相繼數(shù)據(jù)字編碼成相繼碼字通過通道傳輸?shù)姆椒?，其特征在于包含以下步驟(a)根據(jù)選擇碼，將每一相繼數(shù)據(jù)字編碼成相應(yīng)的一個碼字；(b)級聯(lián)相繼碼字構(gòu)成具有多個奇數(shù)和偶數(shù)索引位位置的編碼位流，其中映射步驟(a)在選擇碼上實(shí)施奇偶約束和最大躍遷游程約束，使該編碼位流具有在該位流的一個奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的一個連續(xù)躍遷的最大可能游程和在該位流其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的2個連續(xù)躍遷的最大可能游程。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于還包含(e)將編碼位流從不歸零碼取反格式編碼成不歸零格式，其中映射步驟(a)實(shí)施的奇偶約束導(dǎo)致選擇碼格式中每一p個連續(xù)碼字的組具有偶奇偶性或奇奇偶性，p為大于零的正整數(shù)變量。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，映射步驟(a)包含對每一p個連續(xù)碼字的組級聯(lián)至少一個奇偶性實(shí)施位，使每一p個連續(xù)碼字的組和至少一個奇偶性實(shí)施位一起滿足步驟(c)中在編碼位流內(nèi)施加的最大躍遷游程約束，其中，P為大于零的正整數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，映射步驟(a)對每一p個連續(xù)碼字的組級聯(lián)2個奇偶性實(shí)施位。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，映射步驟(a)包含對每一p個連續(xù)碼字的組級聯(lián)二進(jìn)制“10”或二進(jìn)制“01”，取決于該p個連續(xù)碼字的組的奇偶性。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，映射步驟(a)包含對每一p個連續(xù)碼字的組級聯(lián)一個奇偶性實(shí)施位。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，映射步驟(a)包含根據(jù)選擇碼將相繼3位數(shù)據(jù)字映射成相繼4位碼字。
14.一種數(shù)據(jù)存儲讀通道，用于在存儲通道輸出處檢測相繼碼字，該相繼碼字根據(jù)一種碼加以編碼，其特征在于，該讀通道包含似然序列檢測器，該檢測器適應(yīng)于檢測相繼碼字，并且具有檢測序列，該序列有效禁止檢測在存儲通道輸出處具有一個以上在該位序列奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷的位序列、在通道輸出處具有2個以上在其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷的位序列，以及在通道輸出處具有禁止的奇偶性的位序列。
15.如權(quán)利要求14所述的數(shù)據(jù)存儲讀通道，其特征在于，所述似然序列檢測器適應(yīng)于實(shí)現(xiàn)維特比算法，該算法可表為具有由多個分支連接的多個狀態(tài)的格網(wǎng)圖，其中有效禁止通道輸出處從多個分支中選擇的一些分支，這些分支對應(yīng)于具有一個以上奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷的位序列和具有2個以上其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷的位序列，并且有效禁止通道輸出處從多個狀態(tài)中選擇的一些狀態(tài)，這些狀態(tài)對應(yīng)于具有所選禁止的奇偶性的位序列。
16.一種盤片驅(qū)動器存儲通道，其特征在于包含能與數(shù)據(jù)存儲盤片通信的傳感器；連接該傳感器的編碼裝置，用于根據(jù)選擇碼將相繼數(shù)據(jù)字編碼為相繼碼字，構(gòu)成編碼位流，并且對編碼位流進(jìn)行預(yù)編碼后，將預(yù)編碼位流加給傳感器作為通道輸入。
17.如權(quán)利要求16所述的盤片驅(qū)動器數(shù)據(jù)存儲通道，其特征在于，所述編碼裝置包含對相繼碼字進(jìn)行約束的裝置，該約束使編碼位流具有最多一個在該編碼位流奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷和最多2個在其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置開始的連續(xù)躍遷；在通道輸入處實(shí)施選擇的奇偶約束的裝置。
全文摘要
數(shù)據(jù)存儲通道編碼器(150)包含數(shù)據(jù)字輸入(152)、碼字輸出(153)和編碼器。編碼器(150)連接在數(shù)據(jù)字輸入(152)與碼字輸出(153)之間,適應(yīng)于根據(jù)具有最大躍遷游程約束和奇偶約束組合的選擇碼,將數(shù)據(jù)字輸入(152)上接收的相繼數(shù)據(jù)字(Xm)編碼成碼字輸出(153)上的相繼碼字(Yn)。最大躍遷游程約束對相繼碼字(Yn)進(jìn)行限制,使相繼碼字(Yn)級聯(lián)成編碼位流(260)時,該編碼位流(260)具有最多一個在其奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置(268)開始的連續(xù)躍遷和最多2個在其他奇數(shù)或偶數(shù)索引位位置(268)開始的連續(xù)躍遷。
文檔編號H03M13/09GK1367953SQ9981687
公開日2002年9月4日 申請日期1999年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月30日
發(fā)明者B·J·布里克納, P·R·帕杜科恩 申請人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司