用于多维记录系统的迭代的逐条的基于格子的符号检测方法和设备的制作方法

专利名称：用于多维记录系统的迭代的逐条的基于格子的符号检测方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测记录在记录载体上的通道(channel)数据块的符号(symbol)的、基于格子(trellis-based)的符号检测方法。本发明适用于数字记录系统，例如磁记录和光记录系统。对于二维光记录尤其有益，二维光记录是下一代光记录的可能的技术中的一种。
背景技术：
目前的技术水平上的光盘系统基于一维(1D)光记录。单个激光束被引导到单个信息轨道，信息轨道在光盘上形成连续的螺旋，朝向光盘的外沿螺旋前进。单个螺旋包含比特的单个(或一维，1D)轨道。该单个轨道由非常小的凹区标记或凹区以及它们之间的间隔的序列组成，凹区之间的间隔被称为凸区标记或凸区。激光在轨道的凹区结构被衍射。反射回的光在光检测器集成电路(IC)上检测到，并且会生成一个单独的高频信号，该信号被用作从中获取比特判定的波形。用于“蓝光光盘”(也称为数字视频盘DVD之后的“DVR”)之后的第四代光盘记录技术的新路线基于二维(2D)二进制光记录。2D记录意味着在光盘上并行记录(例如)10个轨道，而在它们之间没有保护间隔。于是，这10个轨道一起形成一个大的螺旋。2D光记录的光盘(简称作“2D光盘”)的格式基于该宽螺旋，信息被以2D特征的形式记录在该宽螺旋中。信息被以蜂巢结构写入并用2D通道码进行编码，2D通道码有助于比特检测。用(例如)10个(或更多)光点的阵列读出该光盘，光点被及时取样，以在播放器中获取二维样本阵列。并行读出是用单个激光束实现的，激光束通过一个光栅，光栅产生激光点阵列。光点阵列扫描宽螺旋的整个宽度。来自每个激光点的光都由光盘上的2D图案反射，并在光检测器IC上被检测到，光检测器IC产生若干高频信号波形。信号波形的集合被用作2D信号处理的输入。2D记录后面的动力是作为保护间隔而被浪费掉的光盘空间要少得多，这样可以提高光盘的记录容量。尽管2D记录是先为光记录而研究的，但相似地，也可将磁记录制成二维。这种记录技术的新特征之一是它们需要二维信号处理。特别是，一个光点必须被看作是将“凹区”/“凸区”(或“标记”和“非标记”)的一个平面作为输入并产生相应输出的装置。光点传递函数具有2D低通过滤器的特性，2D低通过滤器的形状可以近似为锥形。
除了线性传递特性之外，2D光通道还有非线性贡献(contribute)。圆锥的半径对应于截止频率(由镜头的数值孔径确定)以及光的波长。这个过滤特性在播放器中导致了2D符号间干涉(ISI)。比特检测器的任务是消灭这个ISI(的大部分)(其可能是线性的和非线性的)。
实现比特检测器的一种最佳方式是使用维特比(Viterbi)算法。维特比比特检测器不会放大噪声。如果需要软检测输出，即与比特有关的可靠性信息，可以使用双维特比(即(Max-)(Log-)MAP、或MAP、或SOVA(软输出维特比))算法。对于2D情况，设计比特检测器的困难之一是由于ISI存储的缘故，造成直接维特比比特检测器会需要“老”轨道比特的一个或多个列作为它的“状态”。如果在2D宽螺旋中并行记录了(例如)10个轨道，并且由于2D脉冲响应的切线延伸(沿着轨道)的原因，造成对状态的正确描述需要每个轨道(例如)两个老的比特，这导致了2×10＝20比特的状态。因而，维特比(或MAP、(Max-)(Log-)MAP、或MAP、或SOVA等)算法中的状态数量变成了220，这是完全不可行的。这需要一种不同的策略，它可以稍稍偏离最佳，但复杂度要大幅下降。通过提供一种逐条(stripe wise)比特检测方法(其中逐条比特检测器使用来自相邻轨道的辅助信息(sideinformation))，能够对宽螺旋比特检测进行分段，降低整个检测方法的复杂度。但辅助信息的使用会在比特检测中引入错误。
发明概述本发明的一个目标是提供一种不会因为不可靠的辅助信息而降低性能的符号检测方法。
为了实现这个目标，该比特检测方法的特征是根据辅助信息的可靠性分配该辅助信息的贡献的权重。
当辅助信息由于辅助信息源的性质而不可靠时，就通过根据辅助信息的可靠性施加一个加权因子而降低这个辅助信息对检测的贡献。不可靠的辅助信息的贡献的加权因子要低于可靠的辅助信息的贡献的。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是该贡献是对基于搜索的算法的目标函数的贡献。
一种基于搜索的算法的目标函数通常是通过在所有可能候选项中搜索最可能的候选项而将所传输的或记录的数据和检测到的数据之间的错误减至最少。该贡献可以是对分支度量的贡献。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是该基于搜索的算法包括对内部贡献的使用，并且对内部贡献的使用包括为内部贡献分配单独的权重。
除了对来自条外部的辅助信息的贡献加权之外，还可对来自条内部的贡献加权以降低来自条的不可靠部分的贡献。
例如，与要处理而未处理的条直接相邻的行中的比特检测是不可靠的，因为要检测的比特周围的所有比特都对该比特的检测有影响，但只有该条内部的比特是以它们最可能的值贡献于该检测的，而该条之外的比特的值对该比特的检测的贡献是不可靠的，在第一次迭代中甚至是未知的。
必须减少那个比特(即使它是在该条内部)的贡献的权重，以便降低来自刚好在该条之外的不可靠的比特的贡献。如果贡献于该检测的该条外部的比特还是未知的，可以假定它们的值全部为0、全部为1或者是随机的，以便能够有一个值用于比特检测，即便该值不正确也是如此。
因而正在检测的比特可靠性要差，并且由于正在检测的比特还用在了对它的邻居的检测中，所以那些邻居也接收比期望的可靠性要差的贡献。
因而，还必须降低该比特对条中其它比特的检测的贡献的权重，使得来自该条内部的贡献可能有不同的权重。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是该基于搜索的算法是维特比算法，顺序解码算法(如栈算法或Fano算法)，或者是软判定输出算法(例如(MAX)(Log)MAP算法)，或者是降低了复杂的最大似然检测算法。
所列举的基于搜索的算法都可用于完成比特检测，允许引入辅助信息的贡献，并且允许对贡献加权。因此它们是可以和根据本发明的比特检测方法一起使用的合适的算法。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是辅助信息是估计的通道输入符号。
硬判定比特检测方法以估计的通道输入符号的形式产生辅助信息。在比特检测期间使用了估计的通道输入符号的贡献。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是辅助信息是与通道输入符号有关的似然信息。
软判定比特检测算法以与通道输入符号有关的似然信息的形式产生辅助信息。在比特检测期间使用了估计的输入的符号的似然信息。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是在对所述符号值的估计中使用了从第一个条的相邻行获得的另一辅助信息。
不仅可以使用从通道输入符号获取的辅助信息，还可使用从相邻条获得的其它辅助信息。从相邻条获得的所有辅助信息都对更可靠的比特检测有所贡献。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是该另一辅助信息包括通道输出值。
不仅可以使用从通道输入符号获得的辅助信息，还可使用从相邻条的通道输出值获得的其它辅助信息。这个额外的辅助信息当与从估计的输入符号获得的辅助信息协作使用时也对更可靠的比特检测有所贡献。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是通道输出值是过滤的通道输出值。
过滤后的输出值通常总是易于得到的并且可以用来获取辅助信息。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是对于从具有最高可靠性的符号检测获取的辅助信息，该辅助信息的贡献的权重是最高的。
对要处理的一个条，可以有多个相邻的或重叠的条。每个相邻的条都提供辅助信息。为了提高要处理的条的比特检测，要对来自相邻条的辅助信息的每一贡献都进行加权，并且要给更可靠的贡献比不太可靠的贡献以更高的权重。采用这种方式不太可靠的贡献其对比特检测的作用也较小，产生了更可靠的比特检测。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是具有最高可靠性的符号检测是来自前一次迭代的符号检测。因为总的比特检测的可靠性随着每次迭代而增加，因而随着每次迭代从该次迭代的比特检测获取的辅助信息的可靠性也增加。
因而可以从一次迭代到下一次迭代增加权重以反映辅助信息的可靠性的这种提高。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是权重基于要检测的符号值的位置和辅助信息符号位置的位置之间的距离。
当辅助信息位于距离要检测的符号值的位置较远时，其贡献要小于位于距离要检测的符号值较近的辅助信息。权重反映了这种贡献的降低。这保证了距要检测的符号值较远的辅助信息对该符号检测的贡献较小。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是该距离是到最可靠的辅助信息位置的距离，该权重是最高权重。
从最近距离获取的辅助信息对符号检测的贡献最大。
通过为这个辅助信息的贡献分配最高权重，权重反映出了这个贡献。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是辅助信息对第二个检测器的贡献的权重不同于对第一个检测器的。
当用多个比特检测器并行处理条时，对一个检测器的贡献权重可能不同于对另一个检测器的贡献权重，例如由于从其获得辅助信息的符号检测可靠性从横过宽螺旋的一个条到另一条也有变化，这些条形成了宽螺旋。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是辅助信息对第二次迭代的贡献的权重不同于对第一次迭代。
当用多次迭代处理条时，权重可以有所变化以反映从一次迭代到下一次迭代辅助信息可靠性的提高或下降。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是与第一次迭代相比辅助信息对第二次迭代的贡献的权重要更高。
通常符号检测的可靠性以及由此造成的辅助信息的可靠性会从一次迭代到下一次迭代有所提高。可以调整权重以反映出从一次迭代到下一次迭代可靠性的提高。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是辅助信息是从一个包括用冗余编码高度保护的数据的行获得的。
当宽螺旋中包括了一个包含受到高度保护的数据的行或者该行为该宽螺旋定界时，从这个数据获取的辅助信息比从常规条获取的辅助信息更可靠。因此可以给从受高度保护的数据获取的辅助信息分配比从其它数据获取的辅助信息更高的权重。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是辅助信息是从一个包括预定义数据的行获得的。
预定义的数据在检测中具有固有的可靠性，因为错误容易修复。
因而，从预定义数据获取的辅助信息也是可靠的。因而从预定义数据获取的辅助信息的权重可以高于从其它数据获取的辅助信息的权重。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是包括受到用冗余编码高度保护的数据的行是保护带。
保护带通常包括预定义数据或者受到高度保护以便确保保护带的正确检测用于跟踪等目的。因而可以对保护带进行双重使用从保护带中的数据获取辅助信息，把这个辅助信息提供给与该保护带相邻的条的符号检测器以提高检测的可靠性。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是包括受到用冗余编码高度保护的数据的行位于形成符号行集合的行的之间的中间。
通常包括受到高度保护的数据的行被定位成使得它为数据区划界。但也可以将这样的行定位在数据区域的中间。这种受高度保护的行可以被定位在数据区中逐条检测固有不太可靠的位置上，例如数据区域的中心附近。就宽螺旋来说，该行往往位于宽螺旋的中间。因为包括高度受保护的数据的行的可靠性传播到直接或间接地使用来自该包括高度受保护的数据的行的辅助信息的相邻条，所以这种行的位置可以被适当地确定以在需要时增强检测。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是N维通道管由多个保护带划界。
通过使用多个保护带，前面的实施方案中概述的方法可以用来并行启动多个比特检测器。在每个保护带附近，一个比特检测器使用从该保护带获取的辅助信息启动比特检测器级联，该级联中的每个比特检测器都紧紧跟随在该级联中的前一比特检测器后面。例如，当使用2维宽螺旋作为示例时，就会有两个保护带，第一个保护带在顶部为宽螺旋界定，第二个保护带在底部为宽螺旋界定。第一比特检测器级联从第一个保护带开始并将增加了的可靠性在该级联中向下朝向第二保护带传播。第二比特检测器级联从第二个保护带开始并将增加了的可靠性在该级联中向上朝向第一个保护带传播。
两个比特检测器级联会在宽螺旋的某处相遇，例如在宽螺旋的中间，各自分别处理该宽螺旋的条的上半部和下半部。
在图形意义上，比特检测器级联形成了比特检测器的V形星座，其中V形的开放端指向宽螺旋的处理的方向。
在两个级联相遇之处，可以选择使用来自已经处理了条的下半部的比特检测器级联的辅助信息、或来自已经处理了条的上半部的比特检测器级联的辅助信息、或同时使用这两者来处理最后一个条。
另外可以让两个级联中的比特检测器处理最后的条。
通过并行处理宽螺旋的上半部和下半部，大大减少了处理时间。
该符号检测方法的一种实施方案的特征是辅助信息是从多个保护带中的每一个保护带获取的。
使用依照本发明的方法的实施方案之一的符号检测器受益于处理宽螺旋或其它N维数据所需时间的减少。
使用依照本发明的符号检测器的播放设备受益于处理宽螺旋或其它N维数据所需时间的减少。
实现使用了本发明的方法的检测器的计算机程序会受益于处理宽螺旋或其它N维数据所需时间的减少。
应该注意到不必在网格上采样通道输出，也不必在与通道输入(记录的标记)的网格相似的网格上采样通道输出。例如，可以根据相对于通道输入(记录的标记)的网格而移动的网格采样通道输出，例如采样可以发生在六边形网格单元的边沿上。另外，在一定方向上可以用比其它方向更高的空间采样密度应用(信号)相关的过采样，其中这些方向需要相对于信号输入(记录的标记)的网格对齐。
1.检测出的符号是通道符号。
2.检测出的符号是通道符号的线性函数。
3.检测出的符号是通道符号和为自那些通道符号先前的迭代的估计的线性函数。
4.检测出的符号是来自通道符号的线性函数的先前迭代中的估计和通道符号的线性函数。
现在将根据


本发明图1示出了包括宽螺旋的记录载体。
图2示出了泄漏出的信号能量的贡献。
图3示出了三行条中的维特比检测器的状态和分支。
图4示出了处理一个宽螺旋的多个检测器。
图5示出了逐条比特检测器中权重的降低。
图6示出了采用条之上的比特行中比特的信号波形样本对分支度量的计算的扩展。
图7示出了沿着宽螺旋进行的逐条比特检测，其中条被以不同方向定向。
图1示出了含有宽螺旋的记录载体。
本发明涉及对用于沿着条的维特比格子进行处理的分支度量概念的扩展，涉及(1)该条之外的比特的信号波形样本，因而不属于所考虑的条的维特比处理器的状态，(2)对涉及该条中的不同比特行的分支度量中的独立项降低权重至小于最大权重(设为等于1)，和(3)由于与信号相关的噪声特性造成簇驱动权重的引入。
本发明的上下文是对用于以2D方式写在盘1或卡上的信息的比特检测器算法的设计。例如，对光盘1，宽螺旋2由多个在半径方向上(即，与螺旋2正交的方向)相互完全对齐的比特行3组成。比特4被堆积在规则的类似的密集的二维网格(lattice)上。用于2D网格可能的候选项是六边形网格，正方形网格以及交错的矩形网格。这个说明基于六边形网格，因为它能实现最高的记录密度。
对于热切期望的记录密度来说，传统的“眼睛”被关闭了。在这种状况下，在ECC解码之前，使用直接阈值检测将导致不可接受的高的比特错误率(10-2到10-1，取决于存储密度)。通常，在面向字节的ECC(象用在蓝光光盘格式BD中的警哨(picket)ECC)情况下，随机错误的符号或字节错误率(BER)一定不能大于典型的2×10-3；对于没有编码的通道比特流，这对应于上限为2.5×10-4的可允许的通道错误率(BER)。
另一方面，完全符合要求的PRML类型的比特检测器会需要为宽螺旋2的完整的宽度所设计的格子结构，其缺点是巨大的状态复杂度。例如，如果用M标示沿着宽螺旋2的方向的切线脉冲的水平跨度，并且如果该宽螺旋由N行个比特行组成，那么完全符合要求的“所有行”维特比比特检测器的状态数量就变成了2^((M-1)N行)(其中^表示乘幂)。这些状态中的每一个状态还都具有2^(N行)个前趋(predecessor)状态，因而状态间的转变或分支的总数等于2^(MN行)。后者的数目(维特比格子中的分支数)对2D比特检测器的硬件复杂度而言是很好的度量。
最大程度上避免这种呈指数增长的状态复杂度的方法是将所述宽螺旋2分成多个条。通过基于条的PRML检测器并且从一条朝向下一条进行迭代能降低状态复杂度。将条定义为宽螺旋中的一组相邻的“水平”比特行。这样的比特检测器简称为逐条检测器。重叠条之间的递归，大量的状态，也就是2行的条有16个并且3行的条有64个，和相当多的分支，也就是2行的条有4个并且3行的条有8个，以及每个单独的PRML检测器的递归特征使得这种检测器的硬件复杂度仍然会是相当大的。
图2示出了泄漏出的信号能量的贡献。
用于在六边形网格上进行2D记录的信号级别是通过用于整个组的所有可能的六边形簇的幅值曲线来标识的。一个六边形簇20由处于中心网格位置的中心比特21和处于相邻的网格位置的6个最邻近的比特22a，22b，22c，22d，22e，22f组成。假定通道脉冲响应是各向同性的，也就是说，假定通道脉冲响应为圆形对称的。这意味着，为了表征7比特的六边形簇20，只需标识出中心比特21和最邻近的比特22a，22b，22c，22d，22e，22f中为“1”的比特(或为“0”的比特)的数量(即，6个相邻比特当中有0，1，......，6个比特可以是“1”比特)。“0”比特在本说明中是凸区比特。
注意，这个各向同性的假设完全是出于表达简洁的目的。在采用了倾斜盘的实际驱动器中，2D脉冲响应可以是不对称的。对后一个问题有两种解决方案(1)应用恢复旋转对称的脉冲响应的2D均衡过滤器，和(2)在分支度量计算中应用更大集合的参考级别，其中给定簇的每个旋转变体有它自己的参考级别；对这个一般情况，对由中心比特21和它的六个相邻比特22a，22b，22c，22d，22e，22f组成的7比特簇，我们将有2^7＝128个参考级别，而不是上面各向同性假设情况下的14个参考级别。
写在盘上的通道比特是凸区类型的(比特“0”)或是凹区类型的(比特“1”)。对每个比特都有一个物理的六边形比特单元21，22a，22b，22c，22d，22e，22f与之相关联，并且它们以2D六边形网格上的比特的网格位置为中心。凸区比特的比特单元在凸区级别是均匀平坦的区域；凹区比特是通过控制位于六边形比特单元中央的(圆形)凹区洞而实现的。凹区洞的大小可以等于或小于比特单元大小的一半。这一要求消除了“信号折叠”问题，对覆盖了六边形比特单元21，22a，22b，22c，22d，22e，22f的完整区域的凹区洞会出现这种问题这种情况下，对全零的簇(全部为凸区)以及全1的簇(全部为凹区)而言，产生完美的镜像，对这两种情况都具有完全相同的信号级别。必须避免信号级别上的这种二义性，因为这种二义性会妨碍可靠的比特检测。
对于高密度2D光存储来说，(线性化的)通道的2D脉冲响应可以通过中央抽头(tap)(抽头值c0等于2)和6个最邻近的抽头(抽头值c1等于1)近似到合理的准确度级别。这个7抽头的响应的总能量等于10，沿着切线方向的能量为6(中心抽头和两个相邻抽头)，沿着每个相邻的比特行的能量为2(每个比特行有两个相邻抽头)。
从这些能量考虑中，可以证明2D调制的主要优点之一是“共同的2D比特检测”方面，其中与每个单独的比特相关联的所有能量都被用于比特检测。这与具有标准的串话取消的1D检测形成对照，在1D检测中只使用了“沿着轨道”的能量，因而造成了每比特40％的能量损失。
当我们考虑在2D条的边缘处(对于它们，我们想输出顶部比特行)进行比特检测时，相似的观点也成立。顶部行中的比特的大约20％的信号能量已经泄漏在刚好在该条之上的比特行中的两个样本的信号波形的样本中这两个样本位于当前条的顶部行中的比特的最邻近位置。从顶部比特行中泄漏出的20％正在泄漏到该条之下的比特行中因为至少两个比特行宽的条还包括该条的顶部比特行之下的比特行，所以使用了这个能量。因此，不使用泄漏出的信息(当顶部比特行是所考虑的条的输出时，它已经在“向上”方向上泄漏了)会导致在该条的顶部行中进行比特检测在性能上的损失。
对上述缺点的解决方案是在品质因数的计算中包括位于该条上的比特行中的HF样本。注意在这里只有该行的信号波形样本是重要的，并且该行中的比特是不变化的，因为它们不属于沿着正在考虑的条的维特比检测器的格子和状态而变化的比特的集合。以L-1标示该条上的比特行的行索引，分支度量可以(运行索引j现在从“-1”开始)标示为βmn=Σj=-12wj|HFk,l+j-RL(Σm→Σn,j,l)|2]]>图6中示意性地绘出了利用位于条之上的比特行中的比特的信号波形样本对分支度量的计算的这种扩展。应注意在计算参考级别的过程中，条中的所有所需的比特行由两个构成了一个给定分支的状态来设定，该条之外的所有需要的比特都由前一个条在逐条比特检测器的当前迭代中确定，或者由逐条比特检测器的前一次迭代确定。
为了完整起见，应注意上述说明适用于对条从顶到底的处理，其中每个条的输出是它的顶部比特行，并且在分支度量中考虑的额外比特行是正好在该条之上的行，其索引j＝-1。但是，对于相反的处理顺序，即从底到顶，每个条的输出是它的底部比特行，并且在分支度量中考虑的额外的比特行是正好在该条之下的比特行，其索引j＝3(对于3行的条而言)。
图3示出了3行条中维特比检测器的状态和分支。
首先解释了图3中所示的格子的基本结构，针对的是3行的条30的实际情况。假定2D脉冲响应的切线跨度为3个比特那么宽，即满足在六边形格子上进行高密度记录的实际条件的情况。由延伸过条30的3个行33a、33b、33c的整个径向宽度的两个列来指定两个状态31a、31b。因而在这个例子中正好有2^6＝64个状态。维特比比特检测器的步调与3比特的列34的发射频率相配合。3比特的列34的发射与从所谓出发状态∑m31a到所谓到达状态∑n31b的状态转变相一致。对于每个到达状态31b，正好有8个可能的出发状态31a，因而有8种可能的转变。两种状态31a、31b之间的转变在标准维特比/PRML专业术语中称为分支。因而对每次转变有两个状态，因而共有9个由这两个状态完全指定的比特。对于每个分支，有一组在分支比特上产生信号波形的理想值的参考值如果沿着条30的实际2D比特流会在无噪声情况下会导致所考虑的转变，这些理想值就适用。对每个转变都可有分支度量与之相关联，这个分支度量根据出现在观察到的“噪声”信号波形样本(由HF标示)和由RL标示的对应的基准级别之间的差异，为所考虑的分支或转变给出了“吻合度”或“品质因数”。应该注意，所观察的波形样本上的噪声可能是由于电子噪声、激光噪声、介质噪声、冲击噪声、所考虑的2D脉冲响应的跨度之外的残余ISI等等所造成的。通常将构成分支的状态31a、31b这二者的公用的比特看作是分支比特，在分支比特上将要测量对品质因数的这些差在图3中，这就是两种状态31a、31b的交集上的列中的3个比特。因而，如果k表示交集列的位置上的切线索引，并且L表示条30的顶部比特行33a，那么状态∑m31a和状态∑n31b之间的分支度量βmn由下式给出βmn=Σj=02|HFk,l+j-RL(Σm→Σn,j,l)|2]]>上面的公式基于对品质因数(L2-norm)的二次误差测量的假设，品质因数(L2-norm)对于加性白高斯噪声(AWGN)的假设是最优的。还可以使用误差测量，像差值(已知为L1-norm)的绝对值。对于2D网格上给定位置k、L+j上的比特的参考级别的确定，需要位置k、L+j周围的六个环绕的比特22a，22b，22c，22d，22e，22f的值以及中心比特21的值这7个比特21，22a，22b，22c，22d，22e，22f唯一地指定了要用于所考虑的比特位置21上的状态转变或分支的参考级别。
图4示出了处理一条宽螺旋的多个检测器。
现在将描述逐条比特检测器的标准操作方式。条43、45由有限数量的比特行44a、44b、44c构成。对于图4，示出了含有两个位于一个条中的比特行的条的实际情况。注意在图4中，比特行由位于它的边缘的两个水平线界定。在每个条有两个比特行的情况下，条的数量等于比特行的数量。设计了一组维特比比特检测器V00、V01、V02，每个条一个比特检测器。为了计算分支度量所需的且位于给定条之外的比特取自相邻条的输出，或者假定为未知。在第一次迭代中，未知比特可以设置为0。第一个顶部条43由比特检测器V00处理而在比特检测器V00的输入上没有任何延迟，条43包括距保护带46最近的比特行44a作为它的的顶部行；并且它用保护带的比特作为已知比特。处理第一个条的比特检测器V00的输出是第一个比特行44a中的比特判定。第二个条45包含第二行44b和第三个比特行44c，并由第二个比特检测器V01处理，其延迟与第一个条43的维特比检测器的反向跟踪深度相匹配，以使来自处理第一个条43的比特检测器V00的输出的检测出的比特可以用于第二个条45的分支度量。对宽螺旋2中的所有条继续这个过程。从宽螺旋2的顶部到底部的整个过程被看作是逐条检测器的一次迭代。接下来，可以再次从顶部的保护带46开始而重复这个过程对于刚好在一个给定条之下的比特行中的比特而言，可以使用来自前一次迭代的比特判定。
在对连续条从顶到底的处理中，假定最后的条处理器V10输出它的顶部比特行。这里另一可能的实现方式是可以忽略掉底部条比特检测器V10，并变更2行条处理器V09以处理三个顶部比特行44i、44j、44k，因而处理宽螺旋2的两个底部行44j、44k以使它同时输出这两行。
图5示出了对逐条比特检测器中的权重的降低。
在图4中，已经示出了从宽螺旋的顶部沿向下方向朝向宽螺旋的底部移动正在处理的条。该正在处理的条一行一行向下移动。每个条以该条的顶部比特行(它是最可靠的)的比特判定作为它的输出。该输出的比特行也用作对下一条进行比特检测的辅助信息，所述下一条是向下移动了一个比特行的条。另一方面，在当前迭代中还需要确定刚好跨越该条底部的比特行，所以只有初始化的比特值可以用在逐条比特检测器的第一次迭代中，或者任意随后的迭代中。由逐条比特检测器的前一次迭代产生的比特判定可以用于该比特行。因此，在图5中，上部比特行51中的逐3行条比特检测器V02的比特判定比顶部比特行53中的比特检测更可靠。这就是一个条的输出是它的顶部比特行的原因。另外，为了计算在底部比特行中所需的参考级别，我们需要(如图2中所解释的那样)底部比特行中的分支比特54的六个最邻近的比特；这些最邻近的比特中的两个相邻比特55a、55b位于正好在所考虑的条之下的比特行56中，并且对这些相邻比特55a、55b而言，只有初步的比特判定(例如来自前一次迭代)可用。因此，就位于当前条50之下的比特行56中的这两个相邻比特55a、55b的比特错误的情况来说，这些错误会影响沿着维特比格子的后续路经中所选择的分支事实上，可以通过在沿着该条的状态中选择有问题的比特来补偿这两个相邻比特55a、55b中的比特错误，以便能够将底部分支比特上的错误测量保持到足够低。不幸的是，这样平衡将把错误朝向条50的顶部比特行51传播，而这应该被禁止。
为了防止错误朝向条50的顶部比特行51传播，将底部分支比特的品质因数的权重从全部100％，即权重1降低到一个更低的分数。用wi标示该条的第i行中的分支的权重，分支度量变为βmn=Σj=02wj|HFk,l+j-RL(Σn→Σn,j,l)|2]]>通过把条50中的底部行53的权重挑选为大大低于1，就大大降低了正好在当前条50之下的比特行56中的未知或只是初步知道的比特55a、55b的负面影响。信号波形对分支度量的各贡献的权重也可以随着一次迭代到下次迭代而变化，因为在周围比特处的比特判定逐步变得越来越可靠。
出于完整性起见，注意上述说明适用于条从顶到底的处理，其中每个条的输出是它的顶部比特行，并且底部比特行的权重被降低。但是，对于相反的从底到顶的处理顺序，每个条的输出是它的底部比特行，并且顶部比特行的权重被降低。
此外，当条的处理包括来自两个相邻条的辅助信息时，顶部比特行和底部比特行的权重都应降低。
在检测理论中，一个众所周知的事实是在最佳维特比检测器中，给定了观察到的通道输出值，该分支度量就是通道输入比特的(负)对数似然。该分支度量公式βmn=Σj=02|HFk,l+j-RL(Σn→Σn,j,l)|2]]>从噪声是加性的、高斯型的和白噪声的假设中得出它的有效性。上述公式的和之中的平方来自噪声gmn的高斯概率密度函数的对数，它也包括一个平方-log(Pr{gmn=g})=12log(2πN)+g22N.]]>白噪声的假设意味着不同噪声分量在统计上是独立的，以使它们的概率密度函数可以加倍。因此，可以加上它们的对数似然函数，如在βmn公式中那样。
这里我们想考虑的问题是例如，对于光记录来说，噪声N的方差可能取决于给定通道输出HFk，l+j的中心输入比特以及它的最邻近的比特的簇。例如，在激光噪声是主要噪声的情况下，更大的通道输出HFk，l+j携带更多(倍增的)激光噪声(通常称为“RIN”，“相对密度噪声”)。这导致了在βmn的分支度量公式中使用噪声N的什么值的问题。
这个问题的解决方案非常简单。根据一张簇相关的噪声方差表，我们为噪声方差N(∑m→∑n，j)(作为状态转变(∑m→∑n)和行索引j的函数)制作一张表，并且我们在分支度量公式中除以调整后的N值。
βmn=Σj=02wj|HFk,l+j-RL(Σm→Σn,j,l)|2N(Σm→Σn,j,l)]]>当噪声确实取决于给定通道输出的中心输入比特和簇时，在上述分支度量公式中考虑它将使分支度量更接近等于这一小节的引言中所述的对数似然函数。总体上，这是对比特检测器输出上产生的比特错误率的改善。
图6示出了采用条之上的比特行中的比特上的信号波形样本对分支度量的计算的扩展。
在图4中，已经示出了条从宽螺旋的顶部沿向下方向朝向宽螺旋的底部移动。逐条处理一行行地向下移动。每个逐条检测器以从该条的顶部比特行(它是最可靠的)获得的比特判定作为它的输出。前一条的输出比特行66也用作对下一条60进行比特检测的辅助信息，所述下一条是向下移动了一个比特行的条。如图6所示，条60包括三个比特行61、62、63。在图5中，也解释了降低底部比特行63的权重，以防止由与低比特行63中的比特相关联的更高的不确定性导致的错误向上传播。
由前一条的比特检测产生的输出比特行66有更高的可靠性，这个比特行66中的比特65a、65b可以用作处理下一条60的辅助信息。当前一条的比特检测产生的输出比特行66是从保护带得到时尤其如此。保护带有很好的编码信息甚至是预定义的数据，导致下一条60的比特检测中所用的辅助信息具有100％的可靠性。
在宽螺旋具有两个其比特已为检测器所知的保护带的特定情况下，两个锚比特行的比特可靠性是100％。另一个例子是2D格式在螺旋中间具有额外的比特行的情况，该额外的比特行被进行了编码以使它比其它行具有更高的比特可靠性；然后，可以设计条的两个V形行程，一个在中心比特行和上部保护带之间操作，另一个在相同的中心比特行和下部保护带之间操作。例如，中心比特行4可以用1D游程长度受限(RLL的)通道代码进行通道编码，所述1D游程长度受限(RLL的)通道代码能够使在通道上的传输具有健壮性例如，d＝1的RLL通道代码去除了信号图案的重叠区域中的一些簇(中心比特为“1”相邻比特为6个“0”的那些簇，反之亦然)，由此一方面提高了比特检测的健壮性，但另一方面由于受到约束的通道编码导致降低了该行的存储容量。
在给定条的维特比处理器的反向跟踪期间，一种选项是输出该条的所有比特行以便存储具有最近的比特估计的比特阵列。这种手段的目的是为维特比处理器在V形比特检测模式的上半部、下半部和中心区域中获得更统一的体系结构。
在任何维特比比特检测之前，以相对较差的比特错误率(bER)性能进行一些初步的比特判定是有利的。例如，在每个条的一端，已经从前一条确定出的比特在该条与保护带直接相邻时被设置为零；在该条的另一端，需要比特判定以便能够为该条内相邻比特条中的比特获得参考级别这些比特判定可以从逐条比特检测器的前一次迭代中获得，或者当逐条比特检测器的第一次迭代正在被执行时从初步的比特判定中获得。这些初步的判定正好能够通过将所有比特置为零而获得，但这不是一种聪明的想法。
更好的方法是根据阈值级别(限幅器级别)应用阈值检测，阈值级别取决于该行是否与(由全零构成的)保护带相邻。就与保护带相邻的比特行来说，一些簇级别被禁止。因此，阈值级别被向上移动。计算出阈值级别作为中心比特等于0且有三个1比特为邻的簇级别以及中心比特等于1和一个1比特为邻的簇级别之间的级别。于是，对这种情况，这个简单的阈值检测的期望的比特错误率等于2/32，约为6％。就不与保护带相邻的比特行来说，计算出阈值级别作为中心比特等于“0”且有四个1比特相邻的簇级别和中心比特等于1并有两个1比特相邻的簇级别之间的级别。于是，对这种情况，这个简单的阈值检测的期望的比特错误率等于14/128，约为11％。尽管这些bER相当高，但它们已经大大好于通过硬币投掷获得的50％的bER，在与保护带相邻的比特行尤其如此。在逐条比特检测器的执行之前获得的这些初步的比特判定还可用作数字接收器的自适应循环(例如，定时恢复、增益控制和偏移控制、自适应均衡等等)的输入。注意适当的限幅级别的上述推导取决于所选择的实际2D存储密度以及所引起的信号级别在“信号图案”中的重叠。
图7中示出了2D六边形网格上条的不同对角方向。对这种对角方向来说，包括3个比特行72a、72b、72c的条71的移动沿着宽螺旋70的方向发生。这意味着在沿着宽螺旋70的切线方向移动一比特的距离能够发生之前，必须以保护带73、74的状态终止结束维特比处理(已知保护带73、74中的比特为零、预定值或可变的错误受保护的值)。后一方面是相对于硬件实现方式的并行化的实际缺点。可以将沿着不同方向操作的逐条比特检测器的不同执行一个接一个级联起来。另外，可以设计比图7中所示的取向更多的倾斜取向。图中所示的取向是沿着2D六边形网格的基本轴取向的可能性之一，在它们之间正好有60度的夹角。
逐条比特检测器的一次迭代可能包括(如前所述)从该宽螺旋的顶部的保护带46开始朝向该宽螺旋底部的保护带80对条43、45进行连续的处理，导致了如图4所示对角跨越该宽螺旋的一个线性检测器行V00、V01、V02、V03、V04、V05、V06、V07、V08、V09、V10。可选地，一个迭代可以从保护带46、80这二者以条43、81开始，并从两端朝向宽螺旋的中间前进来连续处理多个条。对于11行宽的螺旋和包括两个比特行的条43、45的实际情况来说，该条的连续检测器V00、V00a、V01、V01a、V02、V02a、V03、V03a、V04、V04a可以如图8中所看到的那样被排列成V形。维特比检测器V00、V00a、V01、V01a、V02、V02a、V03、V03a、V04被以一个接一个地级联起来(相互之间的延迟兼顾各检测器的反向跟踪)，并且该级联从顶部保护带46开始向着宽螺旋的中间；这些维特比检测器V00、V01、V02、V03、V04中的每一个都以对顶部比特行的比特判定作为它的输出。这些维特比检测器V00、V01、V02、V03、V04中的每一个还使用该条之上的比特行的信号波形样本作为分支度量中的额外行；该条的底部行中的信号波形样本的权重被降至低于最大值(设为1)。类似地，维特比检测器V00a、V01a、V02a、V03a被从底部保护带80开始向着宽螺旋的中间一个接一个级联起来(也具有用于反向跟踪目的的相互之间的延迟)；这些检测器V00a、V01a、V02a、V03a中的每一个都以底部比特行的比特判定作为输出。这些检测器V00a、V01a、V02a、V03a中的每一个还使用该条之下的比特行上的信号波形样本作为分支度量中的额外行；该条的顶部行中的信号波形样本的权重被降至低于最大值(设为1)。这两个级联的维特比检测器V00、V01、V02、V03、V00a、V01a、V02a、V03a集合具有相互镜像类型的关系。最后，用于该条的两个级联检测器在宽螺旋的中间以用于最后一个条44f的最后一个检测器V04a终止，检测器V04a是唯一一个以它的两个比特行作为输出的检测器，并且它在该条的两端有额外的外部比特行(它们的信号波形被包括进了该条的分支度量的计算中)；另外，分支比特上的所有信号波形的权重都被设置为等于最大值1(因为在两个维特比检测器级联执行所有先前条期间已经确定出了在这个条两端的比特行)。
采用V形逐条比特检测器V00、V01、V02、V03、V00a、V01a、V02a、V03a、V04、V04a，“比特可靠性”的传播方向是从保护带46、80的已知比特向宽螺旋中间的比特行44f，因而比特行44f距保护带最远“已知”信息被从两端向中间传播，这是比从宽螺旋的顶部向其底部传播更好的途径。
在宽螺旋有两个其比特已为检测器所知的保护带46、80的特定情况下，两个锚比特行46、80的比特可靠性是100％。为了利用这两个保护带46、80，可以将相尾随的线性检测器行重新改造成图8所示的V形。这不仅通过经由每个检测器提供给下一个相尾随的检测器的辅助信息的可靠性的增强来传播可靠性而利用了两个保护带46、80的可靠性，还因为第一检测器V00、V00a、V01、V01a、V02、V02a、V03、V03并行工作而更快地向最后的检测器V04、V04a提供所需辅助信息从而减少了执行检测所需的总时间。作为最后两个检测器V04、V04a的替代，可以用单个检测器同时处理中间的三个比特行44e、44f、44g，而不是只处理两行。V形的总可靠性高于有规则的线性检测器行，因为最后的检测器或者多个检测器V04、V04a通过更少的中间检测器V00、V00a、V01、V01a、V02、V02a、V03、V03接收到了它们的辅助信息。
这个小节的思想可以总结如下条可以被级联成两组，它们形成了任意一对在2D区域中比特可靠性高得多的两个位行之间的V形配置，以使它们能够充当锚点，连续的条能够从该锚点以两端方向各自向着具有高可靠性的两行之间的中间区域传播。在宽螺旋具有其比特已为检测器所知的两个保护带46、80的特定情况下，两个锚比特行的比特可靠性是100％。另一个例子是2D格式在螺旋中间具有额外的比特行的情况，该额外的比特行被进行了编码以使它具有比其它行高的可靠性；然后，可以设计用于处理条的检测器的两个V形行程，一个在中心比特行44f和上部保护带46之间操作，另一个在相同的中心比特行44f和下部保护带80之间操作。例如，中心比特行44f可以用1D游程长度受限的(RLL)通道代码进行通道编码，1D游程长度受限的(RLL)通道代码使在通道上的传输具有健壮性例如，d＝1的RLL通道代码去除了信号图案的重叠区域中的一些簇(中心比特为“1”相邻比特为6个“0”的那些簇，反之亦然)，由此一方面提高了比特检测的健壮性，但另一方面由于受到约束的通道编码导致降低了该行的存储容量。
在给定条的维特比处理器的反向跟踪期间，一种选项是输出该条的所有比特行以便存储具有最近的比特估计的比特阵列。这种手段的目的是为维特比处理器在V形比特检测模式的上半部、下半部和中心区域中获得更统一的体系结构。
在任何维特比比特检测之前，以相对较差的比特错误率(bER)性能进行一些初步的比特判定是有利的。例如，在每个条的一端，在该条与保护带直接相邻时，已经从前一条确定出的比特被设置为零；在该条的另一端，需要比特判定以便能够为该条内相邻比特条中的比特获得参考级别这些比特判定可以从逐条比特检测器的前一次迭代中获得，或者当逐条比特检测器的第一次迭代正在被执行时从初步的比特判定中获得。这些初步的判定正好能够通过将所有比特置为零而获得，但这不是一种聪明的想法。
更好的方法是根据阈值级别(限幅器级别)应用阈值检测，阈值级别取决于该行是否与(由全零构成的)保护带相邻。就与保护带46、80相邻的比特行44a、44k来说，一些簇级别被禁止。因此，阈值级别被向上移动。计算出阈值级别，将其作为中心比特等于0且有三个1比特为邻的簇级别以及中心比特等于1和一个1比特为邻的簇级别之间的级别。于是，对这种情况，这个简单的阈值检测的期望的比特错误率等于2/32，约为6％。就与保护带不相邻的比特行来说，计算出阈值级别，将其作为中心比特等于“0”且有四个1比特相邻的簇级别和中心比特等于1并有两个1比特相邻的簇级别之间的级别。于是，对这种情况，这个简单的阈值检测的期望的比特错误率等于14/128，约为11％。尽管这些bER相当高，但它们已经大大好于通过硬币投掷获得的50％的bER，在与保护带相邻的比特行尤其如此。在逐条比特检测器的执行之前获得的这些初步的比特判定还可用作数字接收器的自适应循环(例如，定时恢复、增益控制和偏移控制、自适应均衡等等)的输入。注意合适的限幅级别的上述推导取决于所选择的实际2D存储密度以及所引起的信号级别在“信号图案”中的重叠。
权利要求
1.一种逐条迭代的符号检测方法，用于检测沿着一组符号行的记录载体上的N维通道管而记录的数据块的符号值，N至少是2，一个符号行在空间上沿着第一个方向伸展并沿着N-1个其它方向中的至少第二个方向彼此对齐，所述第一方向与所述N-1个其它方向一起构成了符号位置的N维网格，其中条是包含至少一行和一个相邻行的子集，所述逐条迭代的符号检测的迭代包括使用基于搜索的算法、从与第一个条相邻的行获取的辅助信息估计第一个条中的符号值，该辅助信息被用在了所述符号值的估计中，其特征在于该辅助信息的贡献的权重是根据该辅助信息的可靠性而分配的。
2.权利要求1中所述的逐条迭代的符号检测方法，该贡献是对基于搜索的算法的目标函数的贡献。
3.权利要求2中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是该基于搜索的算法包括对条的内部贡献的使用，并且对内部贡献的使用包括为内部贡献分配单独的权重。
4.权利要求1、2或3中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是该基于搜索的算法是维特比算法、顺序解码算法，如栈算法或Fano算法或者软判定输出算法，如(Max)(Log)MAP算法。
5.权利要求4中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是该辅助信息是估计出的通道输入符号。
6.权利要求4中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是该辅助信息是与通道输入符号有关的似然信息。
7.权利要求5或6中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是在所述符号值的估计中使用了从与第一个条相邻的行获取的另一辅助信息。
8.权利要求7中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是该另一的辅助信息包括通道输出值。
9.权利要求8中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是该通道输出值是过滤后的通道输出值。
10.权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是对于从具有最高可靠性的符号检测获取的辅助信息，该辅助信息的贡献的权重是最高的
11.权利要求11中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是具有最高可靠性的符号检测是来自前一次迭代的符号检测。
12.权利要求10或11中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是权重是基于要检测的符号值的位置和辅助信息符号位置的位置之间的距离。
13.权利要求12中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是该距离是到最可靠的辅助信息位置的距离。
14.权利要求10、11、12或13中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是辅助信息对第二个检测器的贡献权重不同于对第一个检测器。
15.权利要求10、11、12、13、14中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是辅助信息对第二次迭代的贡献权重不同于对第一次迭代。
16.权利要求15中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是辅助信息对第二次迭代的贡献权重高于对第一次迭代。
17.权利要求10、11、12、13、14中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是辅助信息是从包括用冗余编码高度保护的数据的行获得的。
18.权利要求10、11、12、13、14中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是辅助信息是从包括预定义数据的行获得的。
19.权利要求17中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是包括用冗余编码高度保护的数据的行是保护带。
20.权利要求17中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是包括用冗余编码高度保护的数据的行位于形成该符号行集合的行之间的中间。
21.权利要求19中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是N维通道管由一个或多个保护带划界。
22.权利要求19中所述的逐条迭代的符号检测方法，其特征是辅助信息是从一个或多个保护带中的每一个保护带获取的。
23.一种符号检测器，包括第一检测器和第二检测器，第一检测器包括用于估计第一个条中的符号值的估计装置、用于接收从至少一个与第一个条相邻的行获得的辅助信息的接收装置、接收装置与估计装置相耦合以提供所述辅助信息给估计装置以用在所述符号值的估计中、以及用于提供另一辅助信息的输出装置；第二检测器包括用于估计第二个条中的符号值的另一估计装置，用于接收丛第一个检测器的输出获得的辅助信息的另一接收装置，另一接收装置与另一估计装置相耦合以提供所述辅助信息给另一估计装置以用在从第二个条对所述符号值的估计中。
24.一种播放设备，包括权利要求23中所述的符号检测器。
25.一种计算机程序，使用权利要求1到22中所述的方法之一。
全文摘要
当处理二维数据区域时，已知将该二维区域分割成多个条并用逐条检测器处理每个条是有利的。当前处理的条一行一行向下移动。每个条以该条的顶部比特行(最可靠)的比特判定作为它的输出。输出的比特行还被用作对下一条进行比特检测的辅助信息，所述下一条是向下移动了一个比特行的条。在当前迭代中还需要确定刚好跨越该条底部的比特行，所以只有初始化的比特值可以用在逐条比特检测器的第一次迭代中。为了防止错误朝向该条的顶部比特行传播，将底部分支比特的品质因数的相对权重从全部100％降低到一个更低的分数。
文档编号H03M13/25GK1788312SQ200480012797
公开日2006年6月14日 申请日期2004年5月11日 优先权日2003年5月12日
发明者A·P·赫克斯特拉, W·M·J·M·科内, A·H·J·伊明克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司