JP2792082B2

JP2792082B2 - ディスク記録信号の復調装置

Info

Publication number: JP2792082B2
Application number: JP5545189A
Authority: JP
Inventors: 大介井口
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1989-03-08
Filing date: 1989-03-08
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2013-08-27
Also published as: JPH02235263A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、磁気ディスク，光ディスク等のディスク記
憶装置に関し、特に、記録信号を読み出して復調する装
置に関する。

〔従来の技術〕

第３図に従来の磁気記録信号の復調装置の一般的な構
成を示し、第４図に変調方式としてMFM（modified FM）
を用いた場合の同装置の動作の一例を示す。以下、従来
の復調装置の機能を第３図及び第４図を参照しながら説
明する。

読み出しヘッド１により磁気ディスク（図示せず）か
ら読み出された信号は、読み出し増幅器２により増幅さ
れ、第４図（ｂ）に示す読み出し信号としてピーク検出
回路10に加えられる。ピーク検出回路10は、読み出し波
形のピーク位置に対応パルス、すなわち、同図（ｃ）に
示すようなピーク検出パルスを出力する。MFM方式にお
いては、ピーク検出パルスにタイミングパルスも含まれ
ているので、比較器11,位相同期発振器12から構成され
る復調回路13によってピーク検出パルス中のデータパル
スのみを抽出する。すなわち、ピーク検出パルスが位相
同期発振器12に供給され、同図（ａ）に示すようなMFM
変調される元のデータ列のうちのデータ列“00"のビッ
ト境界に現れるピークの位相に同期した出力が得られ、
この出力は比較器11に供給される。比較器11において
は、同図（ｄ）に示すようなビット間隔の1/2の幅を有
するデータウィンドウが開かれ、同図（ａ）に示す入力
データのうち、“1"が分離・復調され、比較器11からは
第４図（ｅ）に示すような出力が得られる。

上述の磁気記録装置においては、磁気ディスク上の線
記録密度すなわち磁化反転密度が高まるにつれて、読み
出しパルスの間隔が狭くなり、読み出し信号において、
波形干渉に起因するパターンピークシフト及び信号強度
の低下が発生する。このため、ピークの位置が本来の位
置からシフトして、ウィンドウパルスの位置及び幅のマ
ージンが小さくなる。また、信号強度が低下することか
ら、S/N（signal/noise）特性が劣化する。

復調装置においては、上記データウィンドウの幅によ
り、パターンピークシフトに起因する復調誤り率が決ま
る。換言すれば、所定の復調誤り率を得るための従来の
復調装置におけるピークシフトのマージンが、磁気ディ
スクの記録密度を高める上での制限になっていた。

そこで、従来は、このパターンピークシフトに対し
て、遅延素子，乗算器，加算器等からなるトランスバー
サルフィルタによる波形等化や、磁気ディスクへの書き
込み信号に対して予め補正を加えるプリコンペンセーシ
ョンと呼ばれる書き込み補償を行うといった対策が取ら
れていた。

しかし、トランスバーサルフィルタにより波形透過を
行う場合には、アナログフィルタの特性上、調整の容易
性、温度安定性及び経時安定性が劣るという問題があっ
た。すなわち、トランスバーサルフィルタにおいては、
時間軸方向にはディジタル的に処理されているが、振幅
方向の処理はアナログのままであるので、安定性に問題
がありまた雑音の影響も受けやすい。更に、所望の特性
を得るための乗算器もアナログ回路で構成されるため、
利得の調整及びこの利得の維持が問題となる。また、プ
リコンペンセーションについても、S/N特性が更に劣化
するという問題があるため、実際に適用するに際しては
限度があり、充分な効果を上げることができなかった。
すなわち、大きなプリコンペンセーションをかけなけれ
ばならない記録密度で使用すると、ピークは望ましい位
置に戻ったとしても、波形干渉により再生振幅が大きく
低下し、S/N特性が劣化する。

すなわち、原波形が第５図（ａ）に示すような波形で
あり、干渉によるピークシフトが同図（ｂ）に矢印Ａで
示すように外側に向けて発生した場合、このピークシフ
トを補正するためには、同図（ｃ）に矢印Ｂで示すよう
に原波形のピークが互いに近づくように書き込み位置を
ずらす、すなわち、プリコンペンセーションをかけなけ
ればならない。このプリコンペンセーションにより、同
図（ｄ）に示すように出力波形のピークシフトは補正さ
れるが、干渉の増大により再生振幅は大幅に低下してし
まう。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの方式に対して、猪瀬博，宮川洋編「PGM通信
の進歩」，産報出版,1974年発行，第76〜100頁に示され
るような、波形干渉を積極的に利用したパーシャルレス
ポンス方式がある。また、このパーシャルレスポンス方
式で記録された信号に対する有効な復号法として、最尤
復号法の一つであるビタビ（Viterbi）アルゴリズムが
用いられており、従来のビットバイビットの復号法に対
して２〜3dBの復号化利得が得られる。しかしながら、
このビタビ復号法は、情報通信の分野では適用例がある
が、ハードウェアが複雑であることから、簡単な構造が
必要とされる磁気ディスク，光ディスク等への適用は困
難であった。

すなわち、ビタビ復号法においては、たとえば、リア
ルタイムで「生き残りパルス」の事後確率を計算し、更
に、乗算或いは対数で加算し、比較を行う必要があるた
め、構成が非常に困難となる。

上述のように、磁気ディスク，光ディスク等の記録媒
体上で高密度記録を実現するためには、上述の従来の復
調装置よりもパターンピークシフトに対するマージンが
大きな復調装置が必要となる。また、FDD（floppy disk
drive）といった民生品が中心となる記憶装置において
は、ハードウェア規模が小さく、また、その構成が簡潔
であることが不可欠である。

そこで本発明の目的は、小規模なハードウェアで、高
記録密度を行うディスク記録装置における特性のよい復
調装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のディスク記録信号の復調装置は、前記目的を
達成するため、ディスク記憶媒体に記録されている記録
信号を読み出すヘッドと、該ヘッドから読み出されたア
ナログ信号を所定のサンプリング周期でディジタル変換
するアナログ・ディジタル変換器と、ディジタル変換さ
れた信号を前記サンプリング周期に同期して順次シフト
するシフトレジスタと、記録信号に応じた最尤の復調デ
ータが予め記録されている記憶手段と、前記シフトレジ
スタに蓄積されたデータから前記記憶手段に対するアド
レスを生成する変換手段とを具備し、前記サンプリング
周期に同期して前記変換手段により得られたアドレスに
相当する前記記憶手段の復調データを出力することを特
徴とする。

〔作用〕

本発明の作用を第１図を参照して具体的に例を上げて
説明する。

本発明においては、たとえば、第１図（ａ）に示す入
力データに対応する再生された記録信号（同図（ｂ）参
照）のピークをセルフクロックとして、記録信号に対し
て整数倍の周波数で位相同期したサンプリングクロック
をたとえば位相同期発振器により生成し、このサンプリ
ングクロックに従って前記記録信号をディジタル信号に
変換する。そして、このディジタル信号をサンプリング
周期に同期して同図（ｃ）に示すようにシフトレジスタ
内を順次シフトさせることにより、２次元的な系列パタ
ーンを展開する。このディジタル信号の系列からパター
ンマッチングにより事後確率が最大となる１ビットの復
調データを出力する。復調データは、たとえば、予めRO
M（read only memory）内に格納されており、全ての可
能な記録信号の波形に対し、復調データ１ビットを中心
とする元の入力ビット系列で最も確からしいものが、重
畳した雑音等の統計的性質より選ばれている。従って、
サンプリング及びアナログ・ディジタル変換が充分な精
度で行われた場合、本発明による復調は最尤復調とな
る。

すなわち、本発明の復調装置は、読み出された記録信
号をディジタル変換し、このディジタル化された信号を
使用してパターンマッチングにより最尤復調結果を出力
するものである。

次に、本発明の特徴であるパターンマッチングによる
復調法の基本的な考え方を説明する。

第１図の例に示すような、１ビットの復調に必要なサ
ンプル点の幅は、量子化のビット数及びサンプル点数を
所定の復調精度を得るために充分大きくとったとして
も、せいぜい前後１ビットの幅である。なぜなら、復調
する１ビットの位置におけるピークの有無による読み出
し波形の変化が及ぶ範囲は、たとえば、ローレンツ型で
近似される線型及び半値幅で決まるので、サンプル点の
幅、すなわち、サンプリング領域をあまり広くしても復
調精度に寄与しないからである。

そこで、逆にこのサンプリング領域へその前後のピー
クの寄与を考えると、これは、量子化の粗さに対して波
形干渉の影響が有意となる範囲としてもせいぜい数ビッ
トの領域である。そこで、ある１ビットを復調するため
のパターンマッチングの雛形となる波形は、復調する１
ビットに前後数ビット（ｋビットとする）を加えた（2k
＋１）ビットに対する全ての可能なビットパターン、す
なわち、2^2k+1個のビットパターンにより作られる波形
とすればよい。なお、MFM変調では、正負が反転した波
形を生じるため、実際の処理には、2^2k+2個のビットパ
ターンが必要である。そしてこれら2^2k+2個波形に対し
て仮想的にサンプリングを行って作るｍ×ｎビットのデ
ータと、前述のシフトレジスタのデータとのパターンマ
ッチングを行えばよい。

このパターンマッチングにより復調されるのは１ビッ
トである。すなわち、本実施例における処理方法は、１
ビットの復調の確度を高めるために前後の数ビットによ
る波形干渉を利用するものである。

本発明においては、信号の平均位相に対するピークシ
フトの大きさに関しては、パーシャルスポンス方式で記
録された信号に対するビタビ復調法と同様にマージンは
ない。ここで問題となるのは、第５図に関連して説明し
た波形干渉に伴う信号強度の低下によるS/Nの劣化であ
る。

従来の、ウィンドウ内におけるピーク検出による復調
は、ウィンドウマージンという制限を持つものの、低密
度におけるノイズマージンの大きさ等非常に優れた復調
法である。高密度化するとウィンドウマージンの制約に
従いノイズマージンが低下し、復調時のビット誤り率が
増大する。

このような高密度の領域で、本発明方法が従来法に対
してビット誤り率上のメリットを持つためのサンプリン
グ,A/D変換の条件を示すことが先ず第１の課題である
が、これには、量子化されシフトレジスタに格納された
データから、パターンマッチングにより元のビットデー
タを復調する方法の存在が前提となる。換言すれば、パ
ターンマッチング手法によって、そのために必要な量子
化条件が決まることになる。

先に述べたように、本発明方法では、最大事後確率の
条件に基づいてパターンマッチングを行う。たとえば、
磁気記録では、復調する１ビット近傍の読み出し波形
は、その前後のビットパターンとの関係で決まる原波形
に、熱雑音，記録媒体雑音等の外乱が重畳したものであ
る。すなわち、本方法は、このような外乱の統計的性質
を利用して、雑音が重畳した波形を与えた原波形の元の
ビットパターンとして最尤のものを選び、復調する１ビ
ットの値を出力るものである。なお、ここでは、外乱を
一般化してガウス雑音として扱う。ガウス雑音の場合、
読み出し波形のサンプル値との差が最も小さいサンプル
値を持つビットパターンを選択すればよい。すなわち、
サンプル値の距離最小が最尤条件となる。

ｎ個のサンプル点でパターンマッチングを行う場合、
雑音が各々のサンプル点で独立として扱うと、ｎ個のサ
ンプル値系列は、ｎ次元の直交空間の座標として扱うこ
とができる。この場合、最尤条件は、このｎ次元空間に
おける距離最小である。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら実施例に基づいて本発明の
特徴を具体的に説明する。

第２図は本発明実施例のディスク記憶復調装置のブロ
ック図を示す。なお、本実施例では、磁気ディスク記憶
復調装置を例に挙げて説明する。

第１図（ａ）に示される入力データに基づいて磁気デ
ィスク等の記録媒体に記録された情報は、読み出しヘッ
ド１により読み取られ、読み出し増幅器２により所定の
信号強度まで増幅された後、アナログ・ディジタル変換
器（図中A/D変換器で示す）３及び位相同期発振器８に
送られる。位相同期発振器８では、第１図（ｂ）に示す
ような読み出し波形から一旦アナログ的にピークが検出
されピーク位置でパルスが発生される。そして、更に位
相同期発振器８は、このピーク位置に発生させたパルス
の周波数の整数倍の周波数を有し、且つ、同パルスの平
均位相に同期したサンプリングクロックSCが生成され
る。そして、そのサンプリングクロックSCは、従来例と
同様に、読み出し波形に基づくセルフクロックとしてア
ナログ・ディジタル変換器３に供給される。なお、位相
同期発振器８には、第３図のピーク検出回路10に相当す
る回路が内蔵されているものとする。

第１図（ｂ）に示す入力波形は、アナログ・ディジタ
ル変換器３において、サンプリングクロックSCに同期し
て、すなわち、ビットレートの整数倍の周波数でサンプ
リングされるとともに、ｍビットに量子化され、シフト
レジスタ４に送られる。

ここで、位相同期発振器８の応答速度が追従可能な範
囲内で充分遅いとすれば、サンプリングクロックSCは、
前述のピークシフトや雑音に拘わらず、第１図（ｂ）に
示す読み出し波形の平均位相に同期していると見做せ
る。したがって、最尤復調のための読み出し波形のパタ
ーンマッチングは、このクロック位置と周期に対する相
対位置のサンプル値によって行うことが可能となる。

次に、読み出し波形のデータのシフトレジスタ４への
格納について説明する。

上述のサンプリングクロックSCにしたがってｍビット
で量子化されたデータは、ｎ段のシフトレジスタ４にお
いて、サンプリング毎に第２図及び第１図（ｃ）におい
て右方向に順送りされる。したがって、シフトレジスタ
４上には、常に、ｍ×ｎビットのデータが格納されてい
ることになる。

なお、第１図（ｂ）の下向き矢印は、サンプリングの
タイミング及びサンプリングされた値を示しており、図
の例では、時間軸方向の一定区間がｎ分割され、各点に
おけるサンプル値がｍビットのデータとしてシフトレジ
スタ４の対応する各ビットに格納される。

そして、前述した読み出し波形（第１図（ｂ）参照）
ピークの平均位相の点におけるサンプル値がｎ段のシフ
トレジスタ４の中央部に到ったとき、パターンマッチン
グが行われる。

第１図（ｃ）は、ｎ＝７、すなわち、７段のシフトレ
ジスタ４を使用した場合の例を示しており、同図（ａ）
に示す入力データ列“1100100"のうち、左から２番目の
入力データ“1"を復調するタイミングにおけるシフトレ
ジスタ４の状態を示している。

さて、ｍビットに量子化したｎ個のサンプル値系列に
対して、上記の最尤条件によるパターンマッチングを行
う。理想的には、このｍ×ｎビットが取り得る全てに、
すなわち、2^mkh個に最尤復調結果を割り当てればよい。
これは、第２図に示す回路において、シフトレジスタ４
のデータをアドレスとしてアドレス変換を通さずに直接
最尤復号テーブル６から復調結果を取り出すことに相当
する。この場合、当然、ｍ及びｎが大きい程、復調精度
が高くなることが予想される。しかし現実にハードウェ
アを構成する場合、使用できるROM容量としては、民生
品に関しては、1Mビットを限度としてｍ×ｎ≦20である
ことが要求される。さて、ビット誤り率に帯する要求を
満足するのに必要なｍ×ｎの値がこれを超える場合、ラ
ンダムロジックを使用して、ｍ×ｎ（＞20）ビットによ
るパターンマッチングと透過な復調が可能となる範囲で
ROMにアクセスするアドレスを削減する必要が生じる。

このアドレス削減を行うのが第２図に示すアドレス変
換・制御信号検出回路５のアドレス変換部である。アド
レス変換の要不要は、ｍ×ｎの大きさによるが、最尤復
号テーブル６の容量は小さい方が望ましいので若干考察
する。たとえば、ｍ×ｎの値のうち、その値を採る確率
が所定のビット誤り率以下のものについては、アドレス
を割り当てる必要はないので、このような空き領域が分
散しないように、アドレスをランダムロジック等で変換
し、最終的なアドレスのビット数を最小にする等の手法
が考えられる。

アドレス変換・制御信号検出回路５のアドレス変換部
は、シフトレジスタ４の値より、記録媒体に記録された
シンクフィールドの検出を行う。なお、シンクフィール
ドは、復調の同期をとるためのもので、再生時に一定間
隔のパルスを発生するようなデータが書き込まれてい
る。このシンクフィールドの検出時には、制御回路９に
シンクフィールド検出信号が送られ、制御回路９は、位
相同期発振器８の出力のタイミングを参照しながらシン
クフィールド検出信号に従って、アドレス変換・制御信
号検出回路５、最尤復号テーブル６及びゲート・シリア
ル・パラレル変換器７の復号タイミングを決定する。

また、アドレス変換・制御信号検出回路５は、復号タ
イミングに同期して、シフトレジスタ４の値から最尤復
号テーブル６のアドレスを生成する。最尤復号テーブル
６はROMから構成されており、予め１ビットの復調デー
タが第１図（ａ）に示すような復調データ１ビットを中
心とする元の入力ビット系列中で上記アドレスを与えう
る最も確からしいものから選択され、格納されている。
ゲート・シリアル・パラレル変換器７（図中、ゲート・
S/P変換器と示す）のゲート部は、復号タイミングに従
って復調データを取り入れ、シリアル／パラレル変換部
は、復調データを所定のビット数のパラレル信号に変換
して出力する。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明においては、ヘッドから
の再生信号をアナログ・ディジタル変換したのちシフト
レジスタ内を順次シフトさせることにより、２次元的な
系列パターンを展開する。そして、記録信号に応じた最
尤の復調データが予め記録されているROM等の記憶手段
を使用して、このディジタル信号の系列から最尤のすな
わち最も確からしい１ビットの復調データを出力する。
これにより簡単な構成で最尤復調が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のディスク記憶復調装置の作用を説明す
るための模式図、第２図は本発明実施例のディスク記憶
復調装置のブロック図、第３図は従来の磁気記録信号の
復調装置のブロック図、第４図は変調方式としてMFMを
用いた場合の同装置の動作例を示す波形図、第５図はピ
ークシフト補正を説明するための波形図である。 1:読み出しヘッド、2:読み出し増幅器 3:A/D変換器、4:シフトレジスタ 5:アドレス変換・制御信号検出回路 6:最尤復号テーブル 7:ゲート・S/P変換器 8:位相同期発振器、9:制御回路 10:ピーク検出回路、11:比較器 12:位相同期発振器、13:復調回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスク記憶媒体に記録されている記録信
号を読み出すヘッドと、該ヘッドから読み出されたアナ
ログ信号を所定のサンプリング周期でディジタル変換す
るアナログ・ディジタル変換器と、ディジタル変換され
た信号を前記サンプリング周期に同期して順次シフトす
るシフトレジスタと、記録信号に応じた最尤の復調デー
タが予め記録されている記憶手段と、前記シフトレジス
タに蓄積されたデータから前記記憶手段に対するアドレ
スを生成する変換手段とを具備し、前記サンプリング周
期に同期して前記変換手段により得られたアドレスに相
当する前記記憶手段の復調データを出力することを特徴
とするディスク記録信号の復調装置。