(57)【要約】  本発明は、大容量光ディスクシステムで用いるための、新規な閾値交差タイミングリカバリ方式に関するものである。タイミングエラー検出器のタイミングエラーに、重み付け関数が掛け合わされる。この方式は、光ディスクの容量が大きいためにタイミングリカバリの主要な妨害要因になると考えられる、データにより誘起されるジッタに対し、光学システムのロバスト性を効果的に増大させる。本発明はさらに、可能な重み付け関数の複数の例を開示している。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ディスクからデータ信号サンプルを読み出す光学システム内において、閾値交差タイミングリカバリを提供する方法であって、
前記光学システムによって、サンプリング時刻において、前記光ディスクからデータ信号サンプルを読み出す工程と、
読み出された前記データ信号サンプルを、タイミングリカバリ手段に供給する工程と、
前記タイミングリカバリ手段によって、タイミングエラー情報を特定する工程と、
前記タイミングエラー情報に基づいて、同期タイミング瞬時に近づくように前記サンプリング時刻を調整する工程とを含み、
前記タイミングエラー情報を特定する前記工程の後、前記同期タイミング瞬時に近づくように前記サンプリング時刻を調整する前記工程の前において、前記タイミングエラー情報に重み付け関数Ｗを掛け合わせる工程をさらに含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記タイミングリカバリ手段が、二値変調で符号化されたデータ信号サンプルに対して、タイミングリカバリを提供するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
ｙｋおよびｙｋ＋１がそれぞれ同期化されたデータ信号サンプルであり、ｔｋおよびｔｋ＋１がそれぞれ同期サンプリング瞬時であるとして、前記重み付け関数Ｗが、ｓｋ＝｜（ｙｋ−ｙｋ＋１）／（ｔｋ−ｔｋ＋１）｜の関数であることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記ｓｋの最大値をｓｍａｘで表すこととして、Ｗ（ｓｋ）＝ｓｋ／ｓｍａｘであることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ｓｋの最大値をｓｍａｘで表すこととして、Ｗ（ｓｋ）＝（ｓｋ／ｓｍａｘ）２であることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記ｓｋの最大値をｓｍａｘで表すこととして、Ｗ（ｓｋ）＝ｅｘｐ［１−（ｓｋ／ｓｍａｘ）−１］であることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記タイミングリカバリ手段が、ＲＬＬ（ｄ）符号化で符号化されたデータ信号サンプルに対して、タイミングリカバリを提供するように構成されていることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記閾値交差タイミングリカバリが、ゼロ交差タイミングリカバリであることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の方法。
【請求項９】
引数ＴｍおよびＴｍ＋１が、遷移周辺の２つの連続したランレングスＴｍおよびＴｍ＋１であるとして、前記重み付け関数Ｗが、関数Ｗ（Ｔｍ，Ｔｍ＋１）であることを特徴とする請求項７または８記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｔｍと前記Ｔｍ＋１との合計が増加すると、前記重み付け関数Ｗ（Ｔｍ，Ｔｍ＋１）が増加することを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｔｍと前記Ｔｍ＋１との間の差分値｜Ｔｍ−Ｔｍ＋１｜が増加すると、前記重み付け関数Ｗ（Ｔｍ，Ｔｍ＋１）が減少することを特徴とする請求項８から１０いずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
ＲＬＬ符号化における最も短いランレングスを「ｄ＋１」として、前記Ｔｍまたは前記Ｔｍ＋１が「ｄ＋１」に等しいとき、前記重み付け関数Ｗ（Ｔｍ，Ｔｍ＋１）がゼロになることを特徴とする請求項８から１１いずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
大容量光ディスクに記憶されたデータを読み出す光学システムであって、請求項１から１２いずれか１項記載の方法を実行するものであることを特徴とする光学システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクからデータサンプルを読み出す光学システム内において、閾値交差タイミングリカバリを提供する方法であって、上記の光学システムによって、サンプリング時刻（ｔｓ）において光ディスクからデータサンプル（ｙｓ）を読み出す工程と、読み出されたサンプルをタイミングリカバリ手段に供給する工程と、タイミングエラー情報（Ψｋ）に基づいて、同期タイミング瞬時（ｔｋ）に近づくようにサンプリング時刻（ｔｓ）を調整する工程とを含む方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクは、情報をデジタル形式で保持する電子データ記憶媒体であり、光学システム内のレーザーにより書込みおよび読出しされる。これらのディスクは、ＣＤ、ＤＶＤおよびＢＤの、様々なバリエーションをすべて包含する。データは、光学システム内のレーザーにより読み出される、いわゆるピットならびにランド（ＲＯＭディスクの場合）、およびマークならびにスペース（書換可能型ディスクの場合）の形態で記憶され、それらのデータは電気信号に変換される。
【０００３】
光学システム内では、実際の閾値交差点と、サンプリングクロック信号の閾値交差点とを比較することによりサンプリング時刻が調整される、閾値交差タイミングリカバリを用いることがよく知られている。このタイミングリカバリは、入ってくるデータ自体からタイミング情報を取得するものであり、ビット判定からの助けを必要とせず、したがって判定エラーによる妨害を受けない。閾値交差タイミングリカバリの１つの特殊なケースが、ゼロ交差タイミングリカバリである。この場合、ディスクに記録されている二値ビットシーケンスのＤＣを有さない特性のため、閾値はゼロに設定される。ゼロ交差タイミングリカバリは、ディスク上のデータが典型的にはＲＬＬ符号化で符号化されるという点で、現行の大容量光ディスクにおいて通常採用されているリカバリ方式である。
【０００４】
光学システム内のタイミングリカバリでは、タイミングエラー情報（Ψｋ）が特定される。たとえばレイズドコサイン（ｒａｉｓｅｄ−ｃｏｓｉｎｅ）特性を有する、ノイズのないチャネルの場合には、データ信号サンプルは同期的にサンプリングされるので、タイミングエラー情報（Ψｋ）はゼロとなる。しかしながら、光学システムはノイズに曝され、部分応答性様のチャネルを有し得る。このことは、結果として、ビット同期型のサンプリングでは、タイミングエラー情報（Ψｋ）は、平均値がゼロとなるのみであり、各瞬時においてはジッタを示すものとなるという事態をもたらす。このジッタは、ノイズにより誘起されたジッタと、データにより誘起されたジッタとを含む。２３ＧＢ以下のディスク容量において、ディスク上のデータがＲＬＬ符号化で記録されている場合には、ゼロ交差タイミングリカバリが被る、データにより誘起されるジッタは、非常に弱い。
【０００５】
光ディスク上の記憶密度を増大させることは、非常に重要かつ関心の高い事項である。現行では、光チャネルの特性が与えられた場合、より高度な信号処理、異なる変調方式（たとえばマルチレベル技術）、または異なる物理原理（たとえば超解像度技術）を用いて、より高い記憶密度に到達しようとすることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ディスク容量は、チャネルビット長を狭くすることにより、たとえば２９ＧＢ以上に増大するので、遷移点（すなわち閾値交差点、たとえばゼロ交差点）周辺のデータサンプルが、符号間干渉（ＩＳＩ）を受けることは避けられない。この強いＩＳＩのため、３１ＧＢのディスク容量では、データにより誘起されるジッタは非常に激しくなり、閾値交差タイミングリカバリは実現不可能となる。
【０００７】
本発明の１つの目的は、光学システム内において閾値交差タイミングリカバリを提供する方法であって、データにより誘起されるジッタの影響が緩和され、特に大容量の光ディスクにおいてその影響が緩和されるような方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は、冒頭の段落で述べた方法を、タイミングエラー情報（Ψｋ）を特定する工程の後、同期タイミング瞬時（ｔｋ）に近づくようにサンプリング時刻（ｔｓ）を調整する工程の前において、タイミングエラー情報（Ψｋ）に重み付け関数Ｗを掛け合わせる工程をさらに含むことを特徴とする方法とすることにより、達成される。これにより、大容量光ディスク（たとえば２９ＧＢまたは３１ＧＢの容量を有する光ディスク）に対し、符号間干渉が最小限に抑えられた閾値交差タイミングリカバリが実現される。
【０００９】
１つの好ましい実施形態では、上記の閾値交差タイミングリカバリ手段は、二値変調で符号化されたデータ信号サンプルに対して、タイミングリカバリを提供するように構成される。この形態は、二値変調が、光ディスク上のデータ信号の符号化に広く使われているという点で有利である。
【００１０】
好ましくは、本発明の重み付け関数Ｗは、ｙｋおよびｙｋ＋１がそれぞれ同期化されたデータ信号サンプルであり、ｔｋおよびｔｋ＋１がそれぞれ同期サンプリング瞬時であるとして、ｓｋ＝｜（ｙｋ−ｙｋ＋１）／（ｔｋ−ｔｋ＋１）｜の関数とされる。この重み付け関数Ｗ（ｓｋ）は、任意の二値変調方法によって符号化された、任意の信号に対して適用可能である。関数ｓｋは、同期化されたデータ信号サンプルの関数として重み付け関数Ｗ（ｓｋ）を計算するための、簡易な方法を提供する。ｓｋは、閾値交差点周辺におけるデータ信号波形の勾配の絶対値を表す。ゼロ交差タイミングリカバリでは、ｙｋとｙｋ＋１とは常に逆の符号を有するので（ゼロ交差がｙｋとｙｋ＋１との間で起こるため）、ｓｋはさらに、遷移周辺の信号エネルギーの指標も与える。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、上記のｓｋの最大値（すなわち、すべての遷移周辺におけるデータ信号波形の勾配の最大値）をｓｍａｘで表すこととして、重み付け関数Ｗ（ｓｋ）は、たとえば、Ｗ（ｓｋ）＝ｓｋ／ｓｍａｘ、Ｗ（ｓｋ）＝（ｓｋ／ｓｍａｘ）２、またはＷ（ｓｋ）＝ｅｘｐ［１−（ｓｋ／ｓｍａｘ）−１］で表されるものとすることができる。異なる重み付け関数のいずれを選択するかは、異なるディスク容量と、データにより誘起される対応のジッタスペクトルの分析結果とに依存する。
【００１２】
１つの好ましい実施形態では、タイミングリカバリ手段は、ＲＬＬ（ｄ）符号化で符号化されたデータ信号サンプルに対して、タイミングリカバリを提供するように構成される。ここで、ｄはデータストリーム内の最小ランレングスを規定する。すなわち、ｄは、（ｄ＋１）となるための、ストリーム内の連続する１または０の最小数を制限する。
【００１３】
好ましくは、本発明に従う方法で用いられる上記の閾値交差タイミングリカバリは、ゼロ交差タイミングリカバリとされる。これは、データがＲＬＬ符号化で符号化される際に用いられるタイミングリカバリである。
【００１４】
本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、引数ＴｍおよびＴｍ＋１が、遷移周辺の２つの連続したランレングスＴｍおよびＴｍ＋１であるとして、上記の重み付け関数Ｗは、関数Ｗ（Ｔｍ，Ｔｍ＋１）とされる。１つの好適例によれば、この重み付け関数Ｗ（Ｔｍ，Ｔｍ＋１）は、ＴｍとＴｍ＋１との合計が増加すると、増加する関数とされる。別の１つの好適例によれば、重み付け関数Ｗ（Ｔｍ，Ｔｍ＋１）は、ＴｍとＴｍ＋１との間の差分値｜Ｔｍ−Ｔｍ＋１｜が増加すると、減少する関数とされる。これは、典型的には、２つの連続するランレングス間の差がより小さい場合よりも大きい場合の方が、データにより誘起されるジッタがより深刻なためである。Ｗは、「Ｔｍ＋Ｔｍ＋１」に比例するものかつ／もしくは｜Ｔｍ−Ｔｍ＋１｜に反比例するものであってもよく、または、「Ｔｍ＋Ｔｍ＋１」ならびに／もしくは｜Ｔｍ−Ｔｍ＋１｜に非線形的に依存するものであってもよい。
【００１５】
本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、ＲＬＬ符号化における最も短いランレングスを「ｄ＋１」として、上記の重み付け関数Ｗ（Ｔｍ，Ｔｍ＋１）は、ＴｍまたはＴｍ＋１が「ｄ＋１」に等しいとき、ゼロになる関数とされる。これにより、最も短いランレングスを伴う遷移はスキップされる。これらの遷移はノイズに曝される程度が最も高いので、このようなスキップは有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、好ましい実施形態に関連して、本発明をより詳細に説明する。
【００１７】
図１は、従来技術によるタイミングリカバリ手段１００の模式図を示している。タイミングリカバリ手段１００は、サンプルレート変換器（ＳＲＣ）１０と、タイミングエラー検出器（ＴＥＤ）２０と、ループフィルタ（ＬＦ）３０と、数値制御発振器（ＮＣＯ）４０とを含んでいる。データサンプルｙｓは、光ディスクから読み出され、サンプリング時刻ｔｓにおいてタイミングリカバリ手段１００に供給される。数値制御発振器４０は、タイミングエラー検出器２０により検出されたタイミングエラー情報Ψｋに基づいて更新されるサンプリングクロックｔｋを、サンプルレート変換器に出力する。タイミングリカバリ手段１００は、そのタイミングリカバリ手段１００の非同期領域アップストリームから、同期化されていないデータサンプルｙｓの供給を受け、タイミングリカバリ手段１００の同期領域ダウンストリーム内において、同期化されたデータサンプルｙｋに対してビット判定がなされる。
【００１８】
図２は、閾値交差タイミングリカバリにおけるタイミングエラー検出を示した図である。光ディスク上に記録されたデータ信号サンプルの閾値交差タイミングリカバリでは、図２に示すようにして、タイミングエラー情報Ψｋを一次近似まで導出することができる。図２の水平線は閾値を示しており、タイミングエラー情報Ψｋの一次近似が、
【数１】
2007515033.tif 000002
として導出されていることが見て取れる。
【００１９】
たとえばレイズドコサイン特性を有する、ノイズのないチャネルの場合には、データ信号サンプルは同期的にサンプリングされるので、Ψｋはゼロに近付く。しかしながら、光チャネルは種々のノイズに曝され、通常は部分応答性様のチャネルである。このことは、結果として、ビット同期型のサンプリングでは、Ψｋは、平均値がゼロとなるのみであり、各瞬時においてはジッタを示すものとなるという事態をもたらす。このジッタは、ノイズにより誘起されたジッタと、データにより誘起されたジッタ（すなわちパターンに依存するジッタ）とに起因する。
【００２０】
一般的にはバイナリ変調、具体的にはランレングス制限（ＲＬＬ）符号化を利用して、データにより誘起されるジッタを軽減することができる。このことは、図３ａおよび３ｂに図解されている。これらの図はそれぞれ、ブルーレイディスクフォーマットにおけるｄ＝１のＲＬＬ（ｄ）符号化について、ディスク容量が２３ＧＢのディスクおよび２９ＧＢのディスクにおける、ディスク読出し（従来技術）を示している。光チャネルは、線形的かつ部分応答性様のものであると想定される。二値変調がＲＬＬ符号化であるという点において、閾値交差タイミングリカバリは、この例ではゼロ交差タイミングリカバリである。図３ａおよび３ｂでは、ディスクから読み出された信号サンプルｙｋは、等化されたチャネル応答ｇｋと畳込み演算された、入力二値ビットシーケンスａｋに等しい。すなわち、
【数２】
2007515033.tif 000003
である。
【００２１】
ｇｋの低振幅のタップを除外すると、遷移の左側にあるサンプルｙｌは、
【数３】
2007515033.tif 000004
と近似することができる。
【００２２】
２３ＧＢのディスク容量の場合には、側方タップｇ−２およびｇ２は、強度的に無視できる。さらに、ｄ＝１とした符号化条件により、ａｌ周囲のビットは、常に逆の符号を有する。そのため、ｙｌの近似に対する、式（２）の最初の項以外の項の寄与分は、すべてゼロに設定され、式（２）は、
【数４】
2007515033.tif 000005
のように単純化することができる。
【００２３】
式（３）は、サンプルｙｌが、符号間干渉の影響を受けないことを示している。このことは、サンプルｙｒについてもいえる。すなわち、２３ＧＢの容量では、ゼロ交差タイミングリカバリが受ける、データにより誘起されるジッタの影響は、非常に弱い（これはＲＬＬ符号化に起因する）。
【００２４】
図３ｂは、ディスク容量２９ＧＢのディスクにおけるディスク読出しを示している。容量２９ＧＢのディスクは、以下に説明するように、容量２３ＧＢのディスクよりも多くのＩＳＩに曝される。これは、チャネルビット長が小さくされるためである。ａｌ周囲のビットは常に異なる符号を有し、ｇ−１とｇ１とは同一の大きさおよび符号を有するので、式（２）におけるｇ−１を含む項とｇ１を含む項とは互いに打ち消し合う。そのため、図３ｂの場合には、式（２）は、
【数５】
2007515033.tif 000006
と表すことができる。
【００２５】
しかしながら、等化されたチャネル応答ｇｋの側方タップｇ−２およびｇ２は強くなっており、無視できると考えることはできない。そのため、符号間干渉、すなわちデータにより誘起されるジッタが、再度、タイミングリカバリ内に存在することとなる。
【００２６】
いまや、ディスク容量は図３ｂの２９ＧＢを超えることもあり、現在３５ＧＢまでもの容量が可能となっている。したがって、チャネルビット長は、図３ｂに比べてさらに小さくされ、データにより誘起されるジッタは、強いＩＳＩのために深刻になる。このことは、従来型のゼロ交差タイミングリカバリを、実現不可能とする。
【００２７】
図４は、本発明に従う方法の、様々な重み付け因子を用いたタイミングリカバリ性能を、ディスク容量の関数として示した図である。スカラー回折プログラムを用いて発生させられたデータを用いて、図１の構成について、シミュレーションが行われた。このデータは、ノイズを含まない同期化されたデータであり、タイミングリカバリ手段への入力ｙｍとして用いられる。タイミングリカバリ性能を評価するために、信号対雑音比ＳＮＲＬを、
【数６】
2007515033.tif 000007
と定義する。ここで、ｙｋ＊は、理想的なサンプリング時刻を用いた場合のタイミングリカバリ手段１００（図１）のＳＲＣの出力を表しており、ｙｋＬは、タイミングリカバリ機構が動作しているときのＳＲＣからの実際のサンプル出力を表している。上付文字Ｌは、ＴＥＤ内において使用されている重み付け関数の種類を示している。
【００２８】
式（５）において、「Ｌ＝０」は、重み付け関数がＷ（ｓｋ）＝１（すなわち、タイミングエラーが変更されずに残存している）であることを示し、「Ｌ＝ｉ」は、重み付け関数がＷ（ｓｋ）＝ｓｋ／ｓｍａｘであることを示し、「Ｌ＝ｉｉ」は、重み付け関数がＷ（ｓｋ）＝（ｓｋ／ｓｍａｘ）２であることを示す。
【００２９】
シミュレーションではノイズは存在しないため、ＳＮＲＬは、データにより誘起されるジッタに対するタイミングリカバリ機構のロバスト性を評価することができる。タイミングリカバリの動作が開始した際の当初のサンプリング周波数には、１０％の不整合が与えられる。異なる重み付け関数Ｗ（ｓｋ）に対するＳＮＲＬを直接比較することが可能となるように、ループ帯域およびダンピングは、様々な重み付け関数Ｗ（ｓｋ）の下で可能な限り一定となるように、適切に調整された。図４は、容量２５ＧＢ、２９ＧＢ、３２ＧＢおよび３５ＧＢの、ＢＤタイプの大容量ディスクについて、ＳＮＲＬを示している。過渡性能を考慮に入れるため、データ窓は、最初の５０００サンプルを含むものとされている。
【００３０】
タイミングリカバリの性能は、一定でない重み付け関数を利用することにより、効果的に改善されることが見て取れる。この改善は、データにより誘起されるより深刻なジッタのため、容量が増大するにつれてより顕著となる。全般的に、非線形型の重み付け関数（タイプｉｉ）は、線形型の重み付け関数（タイプｉ）または一定の重み付け関数（タイプ０）よりも、良好な性能を有する。３２ＧＢの容量においては、一定である重み付け関数と比較して、約７ＧＢの改善が見られる。３５ＧＢにおけるＳＮＲＬの値は、３２ＧＢにおけるＳＮＲＬの値に比べて増大させられている。これは、ＩＳＩの影響を最も大きく受ける最も短いランレングスが、ゼロ交差点を有さず、したがってデータにより誘起されるジッタをある程度緩和するためである。当然ながら、ゼロ交差点が少ないため、タイミングリカバリの効率は低下する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術によるタイミングリカバリ手段の模式図
【図２】閾値交差タイミングリカバリにおけるタイミングエラー検出を示した図
【図３ａ】ディスク容量が２３ＧＢのディスクにおける、ディスク読出し（従来技術）を示した図
【図３ｂ】ディスク容量が２９ＧＢのディスクにおける、ディスク読出し（従来技術）を示した図
【図４】本発明に従う方法のタイミングリカバリ性能を示した図
【図１】
2007515033.tif 000008
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
2007515033.tif 000011
【図４】
2007515033.tif 000012
【国際調査報告】
2007515033.tif 000013
2007515033.tif 000014
2007515033.tif 000015