專利名稱:盤驅(qū)動器讀寫通道中的Turbo編碼和解碼方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明大體上涉及盤驅(qū)動器領(lǐng)域,尤其涉及采用了Turbo編碼/解碼方法的數(shù)據(jù)記錄/再現(xiàn)技術(shù)。
背景技術(shù):
一般來說,在以硬盤驅(qū)動器為代表的盤驅(qū)動器中,設(shè)置有讀/寫通道以對通過讀寫頭從作為記錄媒介的盤中讀出的讀信號(再現(xiàn)數(shù)據(jù)信號)或記錄在盤上的寫信號(記錄數(shù)據(jù)信號)進行信號處理。
在讀/寫通道中,通常采用了一種所謂的部分響應(yīng)最大似然(PRML)方法,該方法是通過將部分響應(yīng)(PR)方法和維特比解碼方法結(jié)合在一起來構(gòu)成的。
另外,近年來,在盤驅(qū)動器領(lǐng)域中提出一種Turbo編碼/解碼方法,期望該方法提供比PRML方法更令人滿意的特性。現(xiàn)有技術(shù)文獻的示例包括Zining WU(Kluwer Academic Publishers)的“用于磁記錄通道的編碼和迭代檢測(CODING AND ITERATIVE DETECTIONFOR MAGNETIC RECORDING CHANNELS)”。
對于盤驅(qū)動器的讀/寫通道而言,已經(jīng)研究了一種串接Turbo編碼/解碼方法。在采用這種方法的Turbo編解碼器中,采用一種遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)碼來生成包含信息和奇偶校驗序列的系統(tǒng)碼序列。信息序列表示在盤驅(qū)動器中的記錄數(shù)據(jù)序列(輸入信息序列)。而且,奇偶校驗序列表示糾錯位串(校驗位串)。
另一方面,在一種解碼系統(tǒng)中,采用一種APP解碼器,該解碼器通過軟輸出維特比算法(SOVA,Soft-output Viterbi algorithm)來進行后驗概率(APP)解碼,軟輸出維特比算法基于維特比算法來獲得軟輸出解碼。
應(yīng)用于讀/寫通道的串接Turbo編解碼器包括一個RSC編碼器,并且產(chǎn)生出一種包括信息和奇偶校驗序列的系統(tǒng)碼序列。另外一般來說,當(dāng)編碼序列(糾錯碼)的碼長增加時,則糾錯能力提高,并且因此可以實現(xiàn)令人滿意的糾錯率(改良量)。
但是,當(dāng)碼長簡單增加時,在解碼系統(tǒng)中的解碼器的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜化。在Turbo碼編解碼器中,采用上述APP解碼器。因此,隨著RSC的碼長的增加,相應(yīng)出現(xiàn)這樣一個問題,即APP解碼器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化或者電路規(guī)模擴大。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案,提供一種串接Turbo編解碼器,尤其對于采用包括串接Turbo編解碼器的讀/寫通道的盤驅(qū)動器而言,可在沒有增加實際碼長的情況下實現(xiàn)預(yù)定的糾錯率。
本發(fā)明的盤驅(qū)動器包括讀寫頭,用于對盤媒介進行數(shù)據(jù)的讀/寫;以及包括有串接Turbo編碼/解碼系統(tǒng)的編碼/解碼單元的讀/寫通道,它是相對于讀寫頭傳輸?shù)挠涗洈?shù)據(jù)信號或再現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的信號處理電路,其中所述編碼/解碼單元包括在數(shù)據(jù)記錄時刻以預(yù)定的交織長度(interleaver length)對記錄數(shù)據(jù)序列進行交織的單元;以及RSC編碼器,它采用與交織器長度具有預(yù)定關(guān)系的碼長作為單位來將由所述單元交織的記錄數(shù)據(jù)序列編碼成遞歸系統(tǒng)編碼序列。
附圖的簡要說明
圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的盤驅(qū)動器主要部分的方框圖;圖2A和2B為根據(jù)該實施方案的Turbo編解碼器的主要部分的方框圖;圖3為根據(jù)該實施方案的RSC編碼器的方框圖;
圖4為根據(jù)該實施方案的交織器長度(interleaver length)和碼長之間關(guān)系的圖表。
優(yōu)選實施方案的詳細(xì)說明下面將參照這些附圖對本發(fā)明的實施方案進行說明。
(盤驅(qū)動器的結(jié)構(gòu))圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的盤驅(qū)動器主要部分的方框圖。
本發(fā)明的盤驅(qū)動器包括作為數(shù)據(jù)記錄媒介的盤1、前置放大器電路4、讀/寫通道5以及盤控制器(HDC)6。
盤1在主軸電機(SPM)2的作用下轉(zhuǎn)動。讀寫頭3包括讀和寫讀寫頭,并且通過讀讀寫頭從盤1中讀出數(shù)據(jù)。而且,讀寫頭3通過寫讀寫頭將數(shù)據(jù)寫到盤1上。前置放大器電路4包括一個讀放大器40,它將來自讀讀寫頭的讀取信號(再現(xiàn)數(shù)據(jù)信號)放大并且將該信號發(fā)送給讀/寫通道5。前置放大器電路4還包括一個寫放大器41,它將從讀/寫通道5中輸出的寫信號(記錄數(shù)據(jù)信號)轉(zhuǎn)換成寫電流并且將該電流提供給寫讀寫頭。
讀/寫通道5包括一個應(yīng)用了串接Turbo編碼/解碼系統(tǒng)的Turbo編解碼器50。寫通道包括Turbo編碼器和寫信號處理單元51。寫信號處理單元51包括寫預(yù)補償器等。
寫通道包括Turbo解碼器、自動增益控制(AGC)放大器電路52、低通濾波器(LPF)53、A/D轉(zhuǎn)換器54以及均衡器55。
AGC放大器電路52如此控制從讀放大器40中輸出的讀信號,從而使該信號的信號幅度具有給定的數(shù)值。LPF53從該讀信號中除去高頻噪音。A/D轉(zhuǎn)換器54將模擬讀信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。均衡器55通常包括有限脈沖響應(yīng)(FIR)系統(tǒng)的數(shù)字濾波器,并且進行數(shù)字波形均衡處理。
這里,在讀/寫通道5中,在數(shù)字磁性記錄和再現(xiàn)中,PR通道包括寫放大器41的輸入到均衡器55的輸出,并且具有所要求的部分響應(yīng)(PR)特性。PR通道中的被編碼數(shù)據(jù)被認(rèn)為是卷積碼的一種類型,并且與在串接Turbo碼中的內(nèi)碼相對應(yīng)。
(Turbo編解碼器的結(jié)構(gòu))Turbo碼編解碼器50由在圖2A中所示的Turbo編碼器20以及在圖2B中所示的Turbo解碼器21構(gòu)成。Turbo編碼器20包括行程長度受限(RLL)編碼器200、交織器201、遞歸系統(tǒng)卷積(RSA)編碼序列編碼器202、PUMUX203以及預(yù)編碼器204。
RLL編碼器200將記錄數(shù)據(jù)WD轉(zhuǎn)換成通常的RLL碼序列。交織器201進行與RLL編碼序列的攪亂處理(隨機化)相對應(yīng)的交織。RSC編碼器202進行遞歸系統(tǒng)卷積編碼處理以作為相對于RLL碼序列的外碼。PUMUX203是一種通過將穿插(puncture)電路和多路復(fù)用器結(jié)合在一起而構(gòu)成的穿插復(fù)用電路,并且輸出通過復(fù)合信息和奇偶校驗序列而獲得的系統(tǒng)碼序列。預(yù)編碼器204設(shè)置成給PR通道賦予遞歸特性。
另一方面,Turbo解碼器21包括一個APP解碼器210,它對PR通道(內(nèi)碼)進行后驗概率(APP)解碼處理;DE-PUMUX211;交織器212;APP解碼器213,它對RSC序列(外碼)進行APP解碼處理;在重復(fù)解碼處理時間所使用的PUMUX214,以及去交織器215。
DE-PUMUX211是一種通過將去穿插電路與多路分解器結(jié)合而構(gòu)成的電路,并且進行PUMUX203的逆變換處理。而且,去交織器215進行交織器212的逆變換處理。
另外,Turbo解碼器21包括硬判決單元216以及RLL解碼器217。硬判決單元216采用從APP解碼器213輸出的對數(shù)似然比(LLR)作為閾值來進行二元判定,并且確定出一種最終Turbo解碼序列。RLL解碼器217對該Turbo編碼序列進行RLL解碼處理,并且輸出與原始用戶數(shù)據(jù)相對應(yīng)的再現(xiàn)數(shù)據(jù)序列(RD)。這里,APP解碼器213將除了LLR之外的外碼的外部信息輸出給PUMUX214。
要注意的是,例如通過包括軟件和執(zhí)行該軟件的CPU的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)在圖2A和2B中所示的Turbo編解碼器50。在這種情況中,圖2A和2B顯示出用于實現(xiàn)Turbo編解碼器50的功能的軟件,并且該軟件與CPU的處理過程相對應(yīng)。
(Turbo碼編解碼器的操作)下面將對該實施方案的Turbo編解碼器50的操作進行說明。
在數(shù)據(jù)記錄時,如圖1所示,HDC6將從主機系統(tǒng)(例如個人計算機等)中接收到的記錄數(shù)據(jù)WD(信息序列)發(fā)送給讀/寫通道5。在讀/寫通道5中,Turbo編碼器20進行Turbo編碼處理,并且通過寫信號處理單元51將輸出信號發(fā)送給寫放大器41。
在Turbo編碼器20中,RSC編碼器202對記錄數(shù)據(jù)WD的RLL編碼序列進行RSC編碼處理。例如在這里,如在圖3中所示一樣,RSC編碼器202包括一位延遲元件(D);以及模2加法器(異門(+))。
圖3顯示出約束長度為3的RSC編碼器202的具體實施例。輸入信息序列(Uk)是從RLL編碼器200中輸出的RLL編碼序列。而且,由RSC編碼器202產(chǎn)生出的奇偶校驗序列(Pk)被表示為內(nèi)部序列(Zk)。
交織器201對RLL碼序列進行交織處理,并且將該序列賦予給RSC編碼器202。RSC編碼器202通過交織器201將從RLL編碼器200中輸出的RLL碼序列與經(jīng)過交織處理(攪亂處理)的具有交織長度N的RLL碼序列一起輸出。
RSC編碼器202根據(jù)在下面等式(1)中所示的約束長度K和冗余位J產(chǎn)生出包括信息和奇偶校驗序列的遞歸系統(tǒng)卷積(RSC)碼序列。
K=LRSCJ=LRSC-1如圖4所示,RSC編碼器202使用編碼長度M作為單位來將作為與交織長度N相對應(yīng)的信息位串的RLL碼序列轉(zhuǎn)變成RSC序列。也就是說,RSC編碼器202根據(jù)約束長度K進行插入冗余J位的處理。
PUMUX203執(zhí)行每隔m位從由RSC編碼器202輸出的奇偶校驗序列中取出一位并且將該位插入來自RSC編碼器202的信息序列的處理。因此,編碼率(穿插率)為“m/(m+1)”。
隨后,預(yù)編碼器204根據(jù)在以下等式(2)所示的約束長度K和冗余位J插入冗余位J的處理,以便在每個碼長Mi產(chǎn)生該序列。 在下面的等式(3)中顯示出外碼的碼長M和內(nèi)碼的碼長Mi之間的關(guān)系。 其中b>0。
預(yù)編碼器204使來自PUMUX203的系統(tǒng)編碼序列進行如上所述的逆變換處理,并且之后將該序列發(fā)送給寫信號處理單元51。寫信號處理單元51進行記錄補償處理,并且將系統(tǒng)編碼序列發(fā)送給寫放大器41。因此,寫頭使用由寫放大器41提供的寫電流來將Turbo編碼記錄數(shù)據(jù)信號記錄到盤1上。
隨后,由讀頭1從盤1中讀出的再現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(DS)通過讀放大器40被放大,并且被發(fā)送給讀/寫通道5。通過讀通道中的信號處理系統(tǒng)將再現(xiàn)數(shù)據(jù)信號發(fā)送給Turbo解碼器21。
在Turbo解碼器21中,APP解碼器210輸入由均衡器55的FIR型數(shù)字濾波器輸出的信號以及先行對數(shù)似然比(advance log likelihoodratio)。APP解碼器210使用如在下面等式(4)所示的碼長Mu1作為單位來進行后驗概率(APP)解碼處理,并且輸出外部對數(shù)似然比。 由進行Turbo編碼器20的PUMUX203的逆變換的DE-PUMUX21將該外部對數(shù)似然比分成用于信息序列的先行對數(shù)似然比以及用于奇偶校驗序列的預(yù)先對數(shù)似然比。用于信息序列的先行對數(shù)似然比由功能與交織器201相同的交織器212進行交織處理(攪亂),并且與用于奇偶校驗序列的先行對數(shù)似然比一起被輸入到APP解碼器213中。
APP解碼器213使用在上面等式(4)中所示的碼長Mu2作為單位來進行后驗概率(APP)解碼處理,并且輸出用于信息和奇偶校驗序列的外部對數(shù)似然比。用于信息序列的外部對數(shù)似然比通過去執(zhí)行與交織器201相反的變換的交織器215被恢復(fù)成原始序列,之后與用于奇偶校驗序列的外部對數(shù)似然比一起被輸入到PUMUX214中。
PUMUX214執(zhí)行與Turbo編碼器20的PUMUX203相同的變換處理,并且將與預(yù)編碼PR通道的先行對數(shù)似然比作為內(nèi)碼輸入到APP解碼器210中。而且,將去交織器215的輸出序列輸入到硬判決單元216中,該單元采用“0”作為閾值。硬判決單元216將二元判定結(jié)果輸出給RLL解碼器217。RLL解碼器217進行RLL解碼處理,并且輸出與原始用戶數(shù)據(jù)相對應(yīng)的再現(xiàn)數(shù)據(jù)序列(RD)。
如上所述,在該實施方案的讀/寫通道5中,執(zhí)行Turbo編碼/解碼處理。一般來說,在該編碼/解碼中,當(dāng)碼長增加時,糾錯能力得到提高,因此可以實現(xiàn)令人滿意的糾錯率(改良量)。但是,當(dāng)碼長簡單增加時,在Turbo解碼器21中包括APP解碼器210、213在內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,并且電路規(guī)模加大。
因此,在本發(fā)明的實施方案的方法中,如圖4所示,將外碼的碼長M設(shè)定成相對于交織器長度N較小,并且采用碼長M作為單位來執(zhí)行編碼/解碼處理。在Turbo編碼/解碼方法中,由于外碼通過交織器與內(nèi)碼相連并且進行了編碼/解碼,所以視在碼長(apparent codelength)不會減小。在這里,交織器長度N和外碼的碼長M之間的關(guān)系可以用下面的等式(5)來表示。
N=c·M,其中c>1 (5)也就是說,當(dāng)c變大時,并且即使在碼長M相對減小時,整個編碼序列的視在碼長不會減小。
而且,同樣還可以相對地減小內(nèi)碼的碼長Mi。當(dāng)將上面等式(3)中b設(shè)定為“1”時,交織器長度N和內(nèi)碼的碼長Mi之間的關(guān)系可以由下面等式(6)來表示。N=c·(mm+1Mi-LRSC-1)---(6)]]>簡言之,采用該實施方案的Turbo碼編解碼器,即使在外碼和內(nèi)碼的相應(yīng)碼長M、Mi相對減小時,整個編碼序列的視在碼長也不會減小。因此,由于視在碼長相對較大,可以確保令人滿意的糾錯率(改良量)。而且,由于實際碼長可以相對減小,所以在Turbo解碼器21中包括APP解碼器210、213的電路的結(jié)構(gòu)相對簡化,并且可以防止電路規(guī)模擴大。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案,如在上面所詳細(xì)描述的一樣,當(dāng)在盤驅(qū)動器中實現(xiàn)了一種采用了串接Turbo碼編解碼器的讀/寫通道時,可以確保令人滿意的糾錯率(改良量),另外包括用在解碼系統(tǒng)中的APP解碼器的電路結(jié)構(gòu)簡化,并且可以防止電路規(guī)模擴大。
具體地說,根據(jù)本發(fā)明實施方案,當(dāng)Turbo碼序列構(gòu)成為包括交織器長度的大小(N)的信息位編號(information bit number)時,可以相對于實際碼長M(N=cM,c>1)增加視在碼長。因此,可以確保預(yù)定的糾錯率。另一方面,減小了實際碼長M,并且可以使APP解碼器的結(jié)構(gòu)更簡單,并且由此可以避免電路規(guī)模擴大。因此,可以簡化包含在盤驅(qū)動器的讀/寫通道中的編碼/解碼電路。
權(quán)利要求
1.一種盤驅(qū)動器,其特征在于包括讀寫頭(3),它對盤媒介(1)進行數(shù)據(jù)的讀/寫;以及讀/寫通道(5),它包括處理相對于讀寫頭(3)傳送的記錄數(shù)據(jù)信號和再現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的信號處理單元以及執(zhí)行串接Turbo編碼/解碼的Turbo編解碼器(50),其中所述Turbo編解碼器(50)包括交織器單元(201),該交織器單元在數(shù)據(jù)記錄時以預(yù)定的交織器長度對記錄數(shù)據(jù)序列進行交織;以及RSC編碼器(202),該編碼器使用與交織器長度具有預(yù)定關(guān)系的碼長為單位,來將由所述交織器單元(201)交織的記錄數(shù)據(jù)序列編碼成遞歸系統(tǒng)編碼序列。
2.如權(quán)利要求1所述的盤驅(qū)動器,其特征在于,所述Turbo編解碼器(50)包括APP解碼器(210),它在數(shù)據(jù)再現(xiàn)時用后驗概率方法對遞歸系統(tǒng)編碼序列進行解碼處理。
3.如權(quán)利要求1所述的盤驅(qū)動器,其特征在于,所述Turbo編解碼器(50)構(gòu)成為滿足交織器長度N和碼長M之間的關(guān)系等式“N=c·M,其中c>1”。
4.如權(quán)利要求1所述的盤驅(qū)動器,其特征在于,所述Turbo編解碼器(50)包括RLL編碼器(200),它將所述記錄數(shù)據(jù)序列變換成行程長度受限碼(RLL),并且所述交織器單元(201)構(gòu)成為以預(yù)定的交織器長度對由RLL編碼器(200)輸出的RLL序列進行交織。
5.如權(quán)利要求1所述的盤驅(qū)動器,其特征在于,所述RSC編碼器(202)采用預(yù)定碼長作為單位來將由交織器單元交織的RLL序列編碼成加入了預(yù)定冗余位的遞歸系統(tǒng)編碼序列。
6.如權(quán)利要求1所述的盤驅(qū)動器,其特征在于所述Turbo編解碼器(50)包括穿插單元(203),該單元以一定的抽取率(thinning rate)進行抽取處理(thinning process)以相對于由RSC編碼器(202)輸出的遞歸系統(tǒng)編碼序列確保預(yù)定的誤碼率;以及預(yù)編碼器(204),它將遞歸特性賦予給由穿插單元(203)輸出的編碼序列。
7.如權(quán)利要求6所述的盤驅(qū)動器,其特征在于所述預(yù)編碼器(204)構(gòu)成為將遞歸特性賦予給由穿插單元(203)輸出的編碼序列,并且對加入的預(yù)定冗余位進行處理以便采用預(yù)定的碼長作為單位來轉(zhuǎn)變成某個特定狀態(tài)。
8.一種應(yīng)用于包括在對盤媒介(1)進行數(shù)據(jù)的記錄/再現(xiàn)的盤驅(qū)動器中的讀/寫通道(5)的串接Turbo編碼/解碼方法,其特征在于包括在數(shù)據(jù)記錄時以預(yù)定的交織器長度對記錄數(shù)據(jù)序列進行交織;進行RSC編碼,采用預(yù)定碼長作為單位來將交織的記錄數(shù)據(jù)序列編碼成遞歸系統(tǒng)卷積編碼序列;并且用后驗概率方法對遞歸系統(tǒng)編碼序列進行后驗概率(APP)解碼。
9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,交織器長度N和碼長M之間滿足關(guān)系式“N=c·M,其中c>l。
10.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于還包括將記錄數(shù)據(jù)序列變換成行程長度受限碼(RLL);并且以預(yù)定的交織器長度對RLL序列進行交織。
11.如權(quán)利要求8所述,其特征在于還包括進行RSC編碼,采用預(yù)定編碼長度作為單位將交織RLL序列編碼成加入了預(yù)定冗余位的遞歸系統(tǒng)編碼序列。
12.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于還包括以一定的抽取率(thinning rate)進行穿插以相對于遞歸系統(tǒng)編碼序列確保預(yù)定的誤碼率。
全文摘要
本申請公開了盤驅(qū)動器讀寫通道中的Turbo編碼和解碼方法和設(shè)備。該盤驅(qū)動器采用一種包括串接Turbo編解碼器(50)的讀/寫通道(5)。Turbo編解碼器(50)包括一個RSC編碼器,它采用碼長M作為單位來以這樣一種交織器長度N和碼長M之間的關(guān)系將一個序列編碼成RSC序列,該關(guān)系滿足關(guān)系式“N=c·M,c>1”;以及一個APP解碼器,它對RSC序列進行APP解碼處理。
文檔編號G11B5/09GK1444221SQ0310355
公開日2003年9月24日 申請日期2003年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月13日
發(fā)明者赤松學(xué) 申請人:株式會社東芝