專利名稱：盤驅動器讀寫通道中的Turbo編碼和解碼方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及盤驅動器領域，尤其涉及采用了Turbo編碼/解碼方法的數據記錄/再現技術。
背景技術：
一般來說，在以硬盤驅動器為代表的盤驅動器中，設置有讀/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(再現數據信號)或記錄在盤上的寫信號(記錄數據信號)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最大似然(PRML)方法，該方法是通過將部分響應(PR)方法和維特比解碼方法結合在一起來構成的。
另外，近年來，在盤驅動器領域中提出一種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。現有技術文獻的示例包括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)”。
對于盤驅動器的讀/寫通道而言，已經研究了一種串接Turbo編碼/解碼方法。在采用這種方法的Turbo編解碼器中，采用一種遞歸系統卷積(RSC)碼來生成包含信息和奇偶校驗序列的系統碼序列。信息序列表示在盤驅動器中的記錄數據序列(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，并且產生出一種包括信息和奇偶校驗序列的系統碼序列。另外一般來說，當編碼序列(糾錯碼)的碼長增加時，則糾錯能力提高，并且因此可以實現令人滿意的糾錯率(改良量)。
但是，當碼長簡單增加時，在解碼系統中的解碼器的結構變得復雜化。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，相應出現這樣一個問題，即APP解碼器的結構復雜化或者電路規模擴大。
發明概述根據本發明的一個實施方案，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/寫通道的盤驅動器而言，可在沒有增加實際碼長的情況下實現預定的糾錯率。
本發明的盤驅動器包括讀寫頭，用于對盤媒介進行數據的讀/寫；以及包括有串接Turbo編碼/解碼系統的編碼/解碼單元的讀/寫通道，它是相對于讀寫頭傳輸的記錄數據信號或再現數據信號的信號處理電路，其中所述編碼/解碼單元包括在數據記錄時刻以預定的交織長度(interleaver length)對記錄數據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定關系的碼長作為單位來將由所述單元交織的記錄數據序列編碼成遞歸系統編碼序列。
附圖的簡要說明
圖1為根據本發明的一個實施方案的盤驅動器主要部分的方框圖；圖2A和2B為根據該實施方案的Turbo編解碼器的主要部分的方框圖；圖3為根據該實施方案的RSC編碼器的方框圖；
圖4為根據該實施方案的交織器長度(interleaver length)和碼長之間關系的圖表。
優選實施方案的詳細說明下面將參照這些附圖對本發明的實施方案進行說明。
(盤驅動器的結構)圖1為根據本發明的一個實施方案的盤驅動器主要部分的方框圖。
本發明的盤驅動器包括作為數據記錄媒介的盤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中讀出數據。而且，讀寫頭3通過寫讀寫頭將數據寫到盤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(再現數據信號)放大并且將該信號發送給讀/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(記錄數據信號)轉換成寫電流并且將該電流提供給寫讀寫頭。
讀/寫通道5包括一個應用了串接Turbo編碼/解碼系統的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值。LPF53從該讀信號中除去高頻噪音。A/D轉換器54將模擬讀信號轉換成數字信號。均衡器55通常包括有限脈沖響應(FIR)系統的數字濾波器，并且進行數字波形均衡處理。
這里，在讀/寫通道5中，在數字磁性記錄和再現中，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(PR)特性。PR通道中的被編碼數據被認為是卷積碼的一種類型，并且與在串接Turbo碼中的內碼相對應。
(Turbo編解碼器的結構)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、遞歸系統卷積(RSA)編碼序列編碼器202、PUMUX203以及預編碼器204。
RLL編碼器200將記錄數據WD轉換成通常的RLL碼序列。交織器201進行與RLL編碼序列的攪亂處理(隨機化)相對應的交織。RSC編碼器202進行遞歸系統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)電路和多路復用器結合在一起而構成的穿插復用電路，并且輸出通過復合信息和奇偶校驗序列而獲得的系統碼序列。預編碼器204設置成給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合而構成的電路，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據相對應的再現數據序列(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行該軟件的CPU的結構來實現在圖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。
(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。
在數據記錄時，如圖1所示，HDC6將從主機系統(例如個人計算機等)中接收到的記錄數據WD(信息序列)發送給讀/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將輸出信號發送給寫放大器41。
在Turbo編碼器20中，RSC編碼器202對記錄數據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產生出的奇偶校驗序列(Pk)被表示為內部序列(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根據在下面等式(1)中所示的約束長度K和冗余位J產生出包括信息和奇偶校驗序列的遞歸系統卷積(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相對應的信息位串的RLL碼序列轉變成RSC序列。也就是說，RSC編碼器202根據約束長度K進行插入冗余J位的處理。
PUMUX203執行每隔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，預編碼器204根據在以下等式(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產生該序列。 在下面的等式(3)中顯示出外碼的碼長M和內碼的碼長Mi之間的關系。 其中b＞0。
預編碼器204使來自PUMUX203的系統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，并且將系統編碼序列發送給寫放大器41。因此，寫頭使用由寫放大器41提供的寫電流來將Turbo編碼記錄數據信號記錄到盤1上。
隨后，由讀頭1從盤1中讀出的再現數據信號(DS)通過讀放大器40被放大，并且被發送給讀/寫通道5。通過讀通道中的信號處理系統將再現數據信號發送給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型數字濾波器輸出的信號以及先行對數似然比(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將該外部對數似然比分成用于信息序列的先行對數似然比以及用于奇偶校驗序列的預先對數似然比。用于信息序列的先行對數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似然比。用于信息序列的外部對數似然比通過去執行與交織器201相反的變換的交織器215被恢復成原始序列，之后與用于奇偶校驗序列的外部對數似然比一起被輸入到PUMUX214中。
PUMUX214執行與Turbo編碼器20的PUMUX203相同的變換處理，并且將與預編碼PR通道的先行對數似然比作為內碼輸入到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據相對應的再現數據序列(RD)。
如上所述，在該實施方案的讀/寫通道5中，執行Turbo編碼/解碼處理。一般來說，在該編碼/解碼中，當碼長增加時，糾錯能力得到提高，因此可以實現令人滿意的糾錯率(改良量)。但是，當碼長簡單增加時，在Turbo解碼器21中包括APP解碼器210、213在內的電路結構復雜化，并且電路規模加大。
因此，在本發明的實施方案的方法中，如圖4所示，將外碼的碼長M設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碼的碼長Mi。當將上面等式(3)中b設定為“1”時，交織器長度N和內碼的碼長Mi之間的關系可以由下面等式(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，即使在外碼和內碼的相應碼長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的電路的結構相對簡化，并且可以防止電路規模擴大。
根據本發明的實施方案，如在上面所詳細描述的一樣，當在盤驅動器中實現了一種采用了串接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中的APP解碼器的電路結構簡化，并且可以防止電路規模擴大。
具體地說，根據本發明實施方案，當Turbo碼序列構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解碼器的結構更簡單，并且由此可以避免電路規模擴大。因此，可以簡化包含在盤驅動器的讀/寫通道中的編碼/解碼電路。
權利要求
1.一種盤驅動器，其特征在于包括讀寫頭(3)，它對盤媒介(1)進行數據的讀/寫；以及讀/寫通道(5)，它包括處理相對于讀寫頭(3)傳送的記錄數據信號和再現數據信號的信號處理單元以及執行串接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)，該交織器單元在數據記錄時以預定的交織器長度對記錄數據序列進行交織；以及RSC編碼器(202)，該編碼器使用與交織器長度具有預定關系的碼長為單位，來將由所述交織器單元(201)交織的記錄數據序列編碼成遞歸系統編碼序列。
2.如權利要求1所述的盤驅動器，其特征在于，所述Turbo編解碼器(50)包括APP解碼器(210)，它在數據再現時用后驗概率方法對遞歸系統編碼序列進行解碼處理。
3.如權利要求1所述的盤驅動器，其特征在于，所述Turbo編解碼器(50)構成為滿足交織器長度N和碼長M之間的關系等式“N＝c·M，其中c＞1”。
4.如權利要求1所述的盤驅動器，其特征在于，所述Turbo編解碼器(50)包括RLL編碼器(200)，它將所述記錄數據序列變換成行程長度受限碼(RLL)，并且所述交織器單元(201)構成為以預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.如權利要求1所述的盤驅動器，其特征在于，所述RSC編碼器(202)采用預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定冗余位的遞歸系統編碼序列。
6.如權利要求1所述的盤驅動器，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)輸出的遞歸系統編碼序列確保預定的誤碼率；以及預編碼器(204)，它將遞歸特性賦予給由穿插單元(203)輸出的編碼序列。
7.如權利要求6所述的盤驅動器，其特征在于所述預編碼器(204)構成為將遞歸特性賦予給由穿插單元(203)輸出的編碼序列，并且對加入的預定冗余位進行處理以便采用預定的碼長作為單位來轉變成某個特定狀態。
8.一種應用于包括在對盤媒介(1)進行數據的記錄/再現的盤驅動器中的讀/寫通道(5)的串接Turbo編碼/解碼方法，其特征在于包括在數據記錄時以預定的交織器長度對記錄數據序列進行交織；進行RSC編碼，采用預定碼長作為單位來將交織的記錄數據序列編碼成遞歸系統卷積編碼序列；并且用后驗概率方法對遞歸系統編碼序列進行后驗概率(APP)解碼。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，交織器長度N和碼長M之間滿足關系式“N＝c·M，其中c＞l。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于還包括將記錄數據序列變換成行程長度受限碼(RLL)；并且以預定的交織器長度對RLL序列進行交織。
11.如權利要求8所述，其特征在于還包括進行RSC編碼，采用預定編碼長度作為單位將交織RLL序列編碼成加入了預定冗余位的遞歸系統編碼序列。
12.如權利要求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編碼序列確保預定的誤碼率。
全文摘要
本申請公開了盤驅動器讀寫通道中的Turbo編碼和解碼方法和設備。該盤驅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之間的關系將一個序列編碼成RSC序列，該關系滿足關系式“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 優先權日2002年3月13日
發明者赤松學 申請人:株式會社東芝