专利名称：用于高容量光盘系统的阈值交叉定时恢复的制作方法
技术领域：
本发明涉及在光学系统中提供阈值交叉定时恢复的方法，该光学系统被适配成从光盘读出数据样本，所述方法包括以下步骤藉助于光学系统在采样时间从光盘读出数据样本；把读出的数据信号样本馈送到定时恢复装置；藉助于定时恢复装置确定定时误差信息；以及根据定时误差信息朝着同步的定时时刻调节采样时间。
背景技术：
光盘是电子数据存储媒体，它保存数字形式的数据以及通过光学系统中的激光而被写入和读出。这些光盘包括各种CD(紧凑盘)、DVD(数字通用盘)和BD(蓝光盘)。数据以所谓的凹坑和陆地(ROM盘)以及标记和空格(可重写盘)而被存储，它们藉助于光学系统中的激光被读出，然后数据被变换成电信号。
在光学系统中，众所周知，在读光盘时使用阈值交叉定时恢复，这样，从光盘读出的数据信号的采样时间通过比较实际的阈值交叉与采样时钟信号的阈值交叉而进行调节。这种阈值交叉定时恢复从进入的数据本身得到定时信息以及不需要来自比特判定的帮助，这样，不受判定错误的有害的影响。阈值交叉定时恢复的一个特定情形是零交叉定时恢复，其中阈值被设置成零；由于在光盘上记录的二进制比特序列的无直流的特性，这对于光盘是可行的。零交叉定时恢复是在当前的光盘中，即具有约27GB或更低的容量的光盘通常采用的恢复方案，其中在光盘上的数据典型地以游程长度限制(RLL，即Run LengthLimited)编码法被编码。
在光学系统中定时恢复时，要确定定时误差信息(ψk)。在例如具有升余弦特性的无噪声信道中，这个定时误差信息(ψk)将是零，因为数据信号样本是同步地采样的。然而，光学系统受到噪声影响，并且可以具有像信道那样的局部响应，这导致对于比特同步采样，只有定时误差信息(ψk)的平均值是零，而它的瞬时值是抖动的。当光盘上的数据以RLL编码记录时，在27GB或更低的容量的光盘中，零交叉定时恢复只受到由数据引起的抖动的非常弱的影响。然而，在具有大于27GB的容量的光盘中，由于信道比特长度更小，数据引起的抖动变为更严重的问题。
提高光盘的存储密度是很重要的和受到注意的问题。现在，已经知道，在给定光学信道的特性下，尝试通过使用更加先进的信号处理、不同的调制方案(例如，多级技术)、或不同的物理原理(例如超级分辨率技术)来达到更高的存储密度。然而，当藉助于把信道比特长度变窄而增加光盘容量到例如29GB或更高时，在过渡(即，阈值交叉，例如零交叉)周围的数据样本不能避免码间干扰(ISI)。数据引起的抖动在31GB的光盘容量下由于强的ISI达到如此严重，从而使传统的阈值交叉定时恢复变为不可行的。
发明目的和概要本发明的目的是提供一种在光学系统中提供阈值交叉定时恢复的方法，其中数据引起的抖动的影响得到缓和，特别是在高容量光盘(即具有约27GB或更高的容量的光盘)的情形下。
当开头段落的方法具有下列特征时可以达到这个目的，即在确定定时误差信息的步骤中使用数据信号样本的眼案，以及定时恢复装置被适配成提取在眼案上二次眼的位置处的定时误差信息。由此，即使在眼图上的中心眼基本上闭合(即在零交叉周围的数据信号样本是非常抖动的)时，也可以从数据信号样本中提取定时误差信息。阈值交叉定时恢复具有不需要数据辅助的优点，所以，不受比特判定错误的有害影响。藉助于本发明的方法，定时恢复从阈值交叉定时恢复的优点获益，而同时克服数据引起的抖动的影响，特别是在高的和超高的光盘容量的情形下。
术语“眼案”是“眼图”的同义词；这样的眼案是当数据信号在与数据时钟同步的示波器上被画出时呈现的。这导致信号被切割成在示波器的屏幕上重叠的一个或多个码元间隔的轨迹。
信号的眼案可包含一个或多个“眼”，即由重叠的信号波形包围的区域，其中眼的形状和尺寸提供系统对抗各种扰动/噪声的余量的指示。因此，最小的信号失真相应于具有几乎理想地张开的眼的眼案，以及由于码间干扰和噪声造成的信号波形的失真趋于使眼案上的眼闭合。理想的采样时刻可以从眼出现零交叉的时刻得出。中心眼是一个在示波器显示中在眼案上(垂直地)位于0/阈值周围的眼；术语“二次眼”是指在示波器显示上覆盖相对于0/阈值垂直地移位的眼。
应当指出，只要合适，在眼案上二次眼的位置处定时误差信息的提取不妨碍以其它方式同时或交替地提取定时误差信息。
按照本发明的方法优选地很适合于在读出以二进制调制和优选地以游程长度限制(RLL)编码方式编码的数据信号时进行定时恢复，因为RLL编码的使用在某种程度上缓和了数据引起的抖动。然而，当光盘的光盘容量增加到例如超过30GB时，即使RLL编码也不足以保证传统的定时恢复的可行性，因为眼案变为闭合的。通过使用RLL编码和本发明的方法，具有超过30GB的光盘容量的光盘可以以可接受的信号噪声比被读出。
优选地，在按照本发明的方法中使用的定时恢复装置使用阈值交叉的定时恢复，优选地，阈值交叉定时恢复是零交叉的定时恢复。阈值交叉定时恢复是在光盘系统中最通常使用的定时恢复方案。它根据数据信号与某个幅度阈值相交叉的时间调节采样时间。这个方案从进入的数据本身得到定时信息，以及不需要来自比特判定的帮助；因此，不受判定错误的有害的影响。在包含没有直流的二进制比特序列的光盘中，零交叉定时恢复可被用作为阈值交叉定时恢复。由此，可以简单地得到定时误差信息。
在按照本发明的方法的优选实施例中，在时刻mT与(m+1)T之间在阈值交叉周围的定时误差信息(ψm)按下式计算ψm=ym-xym-ym+1-αT,]]>其中T是数据样本周期，ym和ym+1分别是在mT和(m+1)T时刻的数据信号样本，α是处在0≤α＜1间隔中的相移常数，以及x是阈值的移位。
在按照本发明的方法的替换的优选实施例中，在时刻mT与(m+1)T之间在阈值交叉周围的定时误差信息(ψm)按下式计算
ψm=ym-x′ym.-ym+1-βT,]]>其中T是数据样本周期，ym和ym+1分别是在mT和(m+1)T时刻的数据信号样本，β是处在0≤β＜1间隔中的相移常数，以及x’是阈值的移位。
公式(1)和(2)在定时误差信息(ψm)用传统方式获取是不可能或很难实行时提供计算定时误差信息(ψm)的两种方法。因此，ψm的获取包括把阈值级别向上移位x(公式(1))或向下移位x’(公式(2))(因为x’典型地是负的)。
附图简述下面参照附图结合优选实施例更全面地说明本发明，其中
图1是无数据辅助的定时恢复的示意图；图2显示在零交叉定时恢复中定时误差检测；图3a和3b分别显示具有25GB和32GB容量的蓝光盘的眼案；图4显示按照本发明的眼案中阈值移位；以及图5显示按照本发明的、在中心眼和在二次眼处测量的抖动值。
优选实施例说明图1是无数据辅助的定时恢复的示意图。图1显示定时恢复装置100，具有采样速率变换器SRC 10、具有定时误差检测器(TCD)20形式的定时误差检测装置、环路滤波器LF 30、和数字控制振荡器(NCO)40。数字控制振荡器(NCO)40把根据由定时误差检测器20检测的定时误差信息ψk所更新的采样时钟tk输出到采样速率变换器SRC 10。馈送给定时恢复装置100的是来自定时恢复装置100的异步域上游的非同步的数据样本ys，而比特判定则是在定时恢复装置100的同步域下游处的同步数据样本yk作出的。
图2显示在零交叉定时恢复中定时误差检测。水平线表示阈值，以及曲线是来自光盘的信号。在光盘上记录的数据信号样本的阈值交叉定时恢复中，可以以一阶近似得出定时误差信息ψk，如图2所示。ψk可被表示为
ψk=ykyk-yk-1-T2.---(3)]]>在例如具有提升余弦特性的无噪声信道的情形下，ψk将接近零，因为数据信号样本是同步采样的。然而，光学系统受到不同类型的噪声以及通常的局部响应型的噪声影响，这导致下列事实对于比特同步采样，由于噪声引起的抖动和数据引起的(或取决于图案的)抖动，只有ψk的平均值是零，同时它保持为瞬时抖动的。这分别被显示于图3a和3b。图上分别显示具有25GB和32GB容量的Blu-ray盘的眼案。图3a和3b上的例子是分别对于25GB和32GB Blu-ray盘的Braat-Hopkins模型计算的。
在图3a和3b上可以看到，数据信号的眼案是抖动的，因为零交叉是分散的。因此，即使用比特同步采样，定时误差ψk也是起伏的。在图3b上，眼案在中心眼处闭合；因此在32GB的光盘容量下，ψk不能藉助于眼案的中心眼来确定，以及传统的阈值定时恢复是不可行的。
图4显示按照本发明的眼案中的阈值移位。眼案等价于图3b上显示的眼案，即图4是32GB蓝光盘的眼案。可以看到，虽然中心眼是闭合的，但上面的和下面的眼基本上保持张开的。所以，使用上面的和/或下面的二次眼来获取定时误差ψk是可行的。这可以通过把处在数值零的阈值级别向上移位x或向下移位x’，把它们分别放置在上面的和下面的二次眼的水平轴而实现。如果信道是线性的，则可以假设x’＝-x。因此，公式(3)变为两个公式ψm=ym-xym-ym+1-αT,]]>(上面的眼) (1)和ψm=ym-x′ym-ym+1-βT,]]>(下面的眼) (2)
T是数据样本周期，ym和ym+1分别是在mT和(m+1)T时刻的数据信号样本，α和β两者都是处在
间隔中的相移常数，以及x和x’是阈值的移位。α和β表示对于比特同步采样当信号波形跨越x或x’的电平时的相位。应当指出，ym和ym+1是在新的阈值交叉周围的样本。
在图4上，箭头A表示具有相同的周期和1T相位差的两个单音信号波形的交叉点，它确定阈值移位x和相位α。从图4可以看到，与零交叉相比较，移位的阈值交叉的抖动被大大地减小但仍旧存在。因此，α和β表示当阈值交叉出现时的平均相位。确定α和β的例子在下面描述，但典型值是α＝β＝0.5T。
例子以RLL编码法(d＝1)(即，编码时的最小游程长度是d+1)编码的、在32GB蓝光盘上的数据信号被读出，以及定时信息通过使用本发明的方法被确定。假设信道是线性的，以及在量化后的信道码元响应可被表示为FIR滤波器gk(k＝0，±1，...，±N)，其中N表示滤波器的一侧扩展。理想地，滤波器具有对称形状。
在RLL(d＝1)编码中，阈值电平x和x’(x≥0，x’＝-x)必须满足下列必要的条件情形1|Σ|k|≤n|gk|-Σ|k|>n+1|gk||>x and|Σ|k|≤n|gk|-Σ|k|>n|gk||<x---(4)]]>情形2|Σ|k|≤n+1|gk|-Σ|k|>n+1|gk||>x and|Σ|k|≤n|gk|-Σ|k|>n+1|gk||<x---(5)]]>其中0≤n＜N-1以及当所牵涉的最短的游程长度是偶数时，应当使用情形1，而当所牵涉的最短的游程长度是奇数时，应当使用情形2。如果没有一个n值能使得公式(4)或(5)成立，则得出结论在x或x’＝-x周围的眼图上不存在张开的眼。因此，可以对于以后的x值计算公式(4)和(5)，以找出相应于张开的二次眼的x值，如果有的话。
而且，移位的阈值电平x必须满足下列条件，即相同的周期(例如，相同的游程长度)和具有相移1T的两个正弦波形在阈值电平x处互相交叉。在图4上，这样的波形交叉由箭头“A”表示。
如果在移位后的阈值级别处存在张开的二次眼，上述两个条件必须满足即，公式(4)和(5)之一对于阈值级别x必须成立，以及阈值级别x必须等于一个值(对于一阶)，在这里，相同的周期和具有相移1T的两个正弦波形互相交叉。
在图4的例子中(32GB蓝光盘)，能够与阈值级别x交叉的游程长度至少是5。短于5的游程长度对于阈值定时恢复装置是不可见的。由此，被最暴露于噪声的较短的游程长度(在本例中，短于5的游程长度)对于定时误差ψk的检测没有贡献。由此，数据引起的抖动被大大地减小，以及按照本发明的阈值定时恢复对于高容量光盘是可行的，而对传统的定时恢复该容量是不可行的。
应当指出，二次眼的初始位置可以按照信道特性的知识预先计算和/或可以根据实验数据被确定。而且，阈值移位电平可以在系统运行期间被加以适配和/或调节。
在公式(1)和(2)中的α和β的数值由箭头“A”的点的相位所确定。在图4所示的例子中，相移都等于数值0.5T。
图5显示对于不同的光盘容量的光盘按照本发明的在中心眼和在二次眼处测量的抖动值。可以看到，对于27GB及其以下的光盘容量，在中心眼处的抖动，比起在二次眼处是较小占优势的。图5还显示，在中心眼处的抖动从在25GB的光盘容量时的约5％上升到在31GB的光盘容量时的25％以上。
对于27GB以上(直到至少35GB)的光盘容量，在二次眼处的抖动，比起在中心眼处是较小占优势的。与中心眼相比较，使用二次眼的优点对29与33GB之间的光盘容量时是最明显的，因为这些容量在中心眼和二次眼处的抖动分别是约20％和约10％。因此，图5说明按照本发明的、提供阈值交叉定时恢复的方法(其中在眼案的二次眼的位置处提取定时误差)，比起传统的方法，在高容量光盘情况下经受到较小的抖动，并且它使得阈值交叉定时恢复有可能用于在眼图上的中心眼由于码间干扰几乎是闭合的高容量光盘系统。
权利要求
1.一种在光学系统中提供阈值交叉定时恢复的方法，该光学系统被适配成从光盘读出数据信号样本(ys)，所述方法包括以下步骤-藉助于光学系统在采样时间(ts)从光盘读出数据信号样本(ys)，-把读出的数据信号样本(ys)馈送到包括定时误差检测装置(20)的定时恢复装置(100)，-藉助于定时误差检测装置(20)确定定时误差信息(ψm)，-根据定时误差信息(ψm)，把采样时间(ts)朝着同步定时的时刻(tk)进行调节，其特征在于，在确定定时误差信息(ψm)的步骤中使用数据信号样本(ys)的眼案，以及使定时误差检测装置(20)适配成在眼案的二次眼的位置处提取定时误差信息(ψm)。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，定时恢复装置使用阈值交叉的定时恢复。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，阈值交叉的定时恢复是零交叉的定时恢复。
4.按照权利要求1到3的任一项的方法，其特征在于，在时刻mT与(m+1)T之间在阈值交叉周围的定时误差信息(ψm)按下式被计算Ψm=ym-xym-ym+1-αT,]]>其中T是数据样本周期，ym和ym+1分别是在mT和(m+1)T时刻的数据信号样本，α是处在0≤α＜1间隔中的相移常数，以及x是阈值的移位。
5.按照权利要求1到3的任一项的方法，其特征在于，在时刻mT与(m+1)T之间在阈值交叉周围的定时误差信息(ψm)按下式被计算Ψm=ym-x′ym-ym+1-βT,]]>其中T是数据样本周期，ym和ym+1分别是在mT和(m+1)T时刻的数据信号样本，β是处在0≤β＜1间隔中的相移常数，以及x’是阈值的移位。
6.一种用于执行按照权利要求1到5的方法的系统。
7.一种用于在通过使用按照权利要求1到5的方法读出的光盘上写入比特图案的设备。
8.一种光盘，其上写入的比特图案是使用按照权利要求1到5的方法读出的。
全文摘要
本发明涉及在光学系统中提供定时误差信息的方法，特别是用于读出高容量光盘，即具有约27GB或更高的容量的光盘。在这些容量下，当前的阈值交叉的定时恢复不能很好地实现，并且由于严重的码间干扰甚至变为不可行的。本方法建议在数据信号的眼图中使用上面的和/或下面的二次眼来获取定时误差信息。由此，阈值交叉定时恢复对于其中中心眼由于码间干扰成为闭合的或接近闭合的高容量光学系统变为可行的。
文档编号G11B20/10GK1918657SQ200580004769
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月1日 优先权日2004年2月12日
发明者B·尹 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司