(57)【要約】  【課題】  テープ・ドライブ（１）内の磁気テープ（３）から読み取られるＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号においてＮビット間隔で発生するＬビット同期ワードを検出するための方法及び装置を提供する。  【解決手段】  ソフト出力検出器（１１）は、前記ＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号を処理して、前記サーボ・パターン内の符号化された各ビットに対応する一連のソフト出力サンプルを生成する。次に、同期ワード検出器（１２）は、前記一連のソフト出力サンプル内のスライディングＬサンプル・ブロックの各位置のブロック相関値を生成する。前記ブロック相関値は、各ブロック位置において、各サンプルと前記同期ワードの対応するビットとの間の相関を示すビット相関値をそれぞれ計算し、各ビット相関値から対応するソフト出力サンプル値の所定の関数を引いた値をそれぞれ合計することによって生成される。次に、前記同期ワード検出器（１２）は、前記一連のソフト出力サンプルの（Ｎ＋Ｌ−１）サンプル・シーケンス内でブロック相関値が最大となるブロック位置の同期ワードを検出する。  【選択図】  図５
2011525033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ・ドライブ（１）内の磁気テープ（３）から読み取られるＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号においてＮビット間隔で発生するＬビット同期ワードを検出するためのワード同期化装置（１０）であって、
前記ＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号を処理して、前記サーボ・パターン内の符号化された各ビットに対応する一連のソフト出力サンプルを生成するソフト出力検出器（１１）と、
各ブロック位置において、各サンプルと前記同期ワードの対応するビットとの間の相関を示すビット相関値をそれぞれ計算し、各ビット相関値から対応するソフト出力サンプル値の所定の関数を引いた値をそれぞれ合計することにより、前記一連のソフト出力サンプル内のスライディングＬサンプル・ブロックの各位置のブロック相関値を生成する同期ワード検出器（１２）と、
を備え、
前記同期ワード検出器（１２）は、前記一連のソフト出力サンプルの（Ｎ＋Ｌ−１）サンプル・シーケンス内でブロック相関値が最大となるブロック位置の同期ワードを検出するように適合される、
ワード同期化装置。
【請求項２】
前記所定の関数は、次式によって定義される関数ｈ（ｕ）を含み、
【数１】
2011525033.tif 000054
上式で、ｕは、前記ソフト出力サンプル値であり、
Ｅｓは、前記サーボ・パターン内の符号化された各ビット値をそれぞれ表すＰＰＭ符号化信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）のエネルギーであり、
【数２】
2011525033.tif 000055
であり、上式で、Ｔは、符号化ビット周期であり、
ＳＮＲは、前記読み取り信号の信号対雑音比である、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記所定の関数は、前記ソフト出力サンプル値の絶対値を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ソフト出力検出器（１１ａ）は、
符号化ビット周期Ｔの間の前記サーボ・パターン読み取り信号の信号サンプル集合ｒｊ∈Ｊ（ただし、Ｊは添え字集合）を生成する信号サンプル・ジェネレータ（１３）と、
前記信号サンプルｒｊ∈Ｊから以下の形式のソフト出力サンプルｕを生成するソフト出力ジェネレータ（１４ａ）と、
を備え、
【数３】
2011525033.tif 000056
ここで、ｓ０ｊ及びｓ１ｊは、それぞれ前記サーボ・パターン内の符号化された各ビット値を表し、関連する信号サンプルｒｊに対応するサンプル・タイミングで得られるＰＰＭ符号化信号のサンプルであり、合計は、少なくとも前記添え字集合Ｊの部分集合全体の合計である、
前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記ソフト出力検出器（１１ｂ）は、
符号化ビット周期Ｔの間の前記サーボ・パターン読み取り信号の信号サンプル集合ｒｊ∈Ｊ（ただし、Ｊは添え字集合）を生成する信号サンプル・ジェネレータ（１３）と、
前記信号サンプルｒｊ∈Ｊから以下の形式のソフト出力サンプルｕを生成するソフト出力ジェネレータ（１４ｂ）と、
を備え、
【数４】
2011525033.tif 000057
ここで、ｓ０ｊ及びｓ１ｊは、それぞれ前記サーボ・パターン内の符号化された各ビット値を表し、関連する信号サンプルｒｊに対応するサンプル・タイミングで得られるＰＰＭ符号化信号のサンプルであり、合計は、少なくとも前記添え字集合Ｊの部分集合全体の合計である、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記合計は、前記添え字集合Ｊ全体の合計である、請求項４又は５に記載の装置。
【請求項７】
前記信号サンプル・ジェネレータ（１３）は、前記読み取り信号を固定サンプリング周波数でサンプリングするサンプラ（１５）と、前記固定周波数のサンプルの補間を行って前記信号サンプルｒｊ∈Ｊを単位テープ長毎に固定レートで生成する補間器（１６）と、を備える、請求項４乃至６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ＴＢＳサーボ・パターン読み取り信号を処理してＰＰＭ符号化ＬＰＯＳ同期ワードを検出するように適合された、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
テープ・ドライブ（１）であって、
磁気テープ（３）上でデータを読み書きする読み取り／書き込みヘッド（２）と、
前記読み取り／書き込みヘッド（２）に関連し、前記磁気テープ（３）上のＰＰＭ符号化サーボ・パターンを読み取ってサーボ・パターン読み取り信号を生成するサーボ・リーダ（５）と、
前記サーボ・パターン読み取り信号を処理して、前記磁気テープ（３）及び前記読み取り／書き込みヘッド（２）の相対的な位置決めを制御するための位置情報を生成するサーボ・コントローラ（８）と、
を備え、
前記サーボ・コントローラ（８）は、前記請求項のいずれか一項に記載のワード同期化装置（１０）を含む、
テープ・ドライブ。
【請求項１０】
テープ・ドライブ（１）内の磁気テープ（３）から読み取られるＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号においてＮビット間隔で発生するＬビット同期ワードを検出するための方法であって、
前記ＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号を処理して、前記サーボ・パターン内の符号化された各ビットに対応する一連のソフト出力サンプルを生成するステップと、
各ブロック位置において、各サンプルと前記同期ワードの対応するビットとの間の相関を示すビット相関値をそれぞれ計算し、各ビット相関値から対応するソフト出力サンプル値の所定の関数を引いた値をそれぞれ合計することにより、前記一連のソフト出力サンプル内のスライディングＬサンプル・ブロックの各位置のブロック相関値を生成するステップと、
前記一連のソフト出力サンプルの（Ｎ＋Ｌ−１）サンプル・シーケンス内でブロック相関値が最大となるブロック位置の同期ワードを検出するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
前記所定の関数は、次式によって定義される関数ｈ（ｕ）を含み、
【数５】
2011525033.tif 000058
上式で、ｕは、前記ソフト出力サンプル値であり、
Ｅｓは、前記サーボ・パターン内の符号化された各ビット値をそれぞれ表すＰＰＭ符号化信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）のエネルギーであり、
【数６】
2011525033.tif 000059
であり、上式で、Ｔは、符号化ビット周期であり、
ＳＮＲは、前記読み取り信号の信号対雑音比である、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記所定の関数は、前記ソフト出力サンプル値の絶対値を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
符号化ビット周期Ｔの間の前記サーボ・パターン読み取り信号の信号サンプル集合ｒｊ∈Ｊ（ただし、Ｊは添え字集合）を生成し、
前記信号サンプルｒｊ∈Ｊから以下の形式のソフト出力サンプルｕを生成する
ことによって前記ソフト出力サンプルを生成するステップを含み、
【数７】
2011525033.tif 000060
ここで、ｓ０ｊ及びｓ１ｊは、それぞれ前記サーボ・パターン内の符号化された各ビット値を表し、関連する信号サンプルｒｊに対応するサンプル・タイミングで得られるＰＰＭ符号化信号のサンプルであり、合計は、少なくとも前記添え字集合Ｊの部分集合全体の合計である、
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
符号化ビット周期Ｔの間の前記サーボ・パターン読み取り信号の信号サンプル集合ｒｊ∈Ｊ（ただし、Ｊは添え字集合）を生成し、
前記信号サンプルｒｊ∈Ｊから以下の形式のソフト出力サンプルｕを生成する
ことによって前記ソフト出力サンプルを生成するステップを含み、
【数８】
2011525033.tif 000061
ここで、ｓ０ｊ及びｓ１ｊは、それぞれ前記サーボ・パターン内の符号化された各ビット値を表し、関連する信号サンプルｒｊに対応するサンプル・タイミングで得られるＰＰＭ符号化信号のサンプルであり、合計は、少なくとも前記添え字集合Ｊの部分集合全体の合計である、
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記読み取り信号を固定サンプリング周波数でサンプリングし、前記固定周波数のサンプルの補間を行って前記信号サンプルｒｊ∈Ｊを単位テープ長毎に固定レートで生成することによって前記信号サンプルを生成するステップを含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、テープ・ストレージ・システムにおけるサーボ読み取り信号のワード同期化に関するものである。より詳細には、テープ・ドライブ内の磁気テープから読み取られるパルス位置変調（ＰＰＭ）符号化サーボ・パターン読み取り信号の同期ワードを検出するための方法及び装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、同期デジタル通信受信機は、シンボル同期化及びワード同期化（フレーム同期化としても知られる）サブシステムのような様々なタイプの同期化サブシステムを含む。シンボル同期化が既に達成されていると仮定すると、ワード同期化のタスクは、受信データ・ストリーム内の同期ワードの位置を判別することから成る。“Frame synchronization techniques,” R. A. Scholtz, IEEE Trans. onCommun., vol. 28, August 1980, pp. 1204-1213には様々なワード同期化技法が記載されている。ワード同期化の初期研究では、相関判定ルールの概念が導入された（R. H. Barker, “Group synchronization of binary digital systems,” inCommunication Theory, W. Jackson, Ed. London. Butterworth,1953, pp. 273-287参照）。このルールによれば、受信データ・ストリーム内の各ビットは、それぞれ各同期ワード・ビット及び最大相関位置で検出された同期ワードと相関付けられる。米国特許第５，０７３，９０６号は、移動衛星通信受信機においてソフト出力サンプルに関する相関技法を利用するものであり、ここでは、各サンプルを同期ワード・ビットと相関付けることによって相互相関値が生成され、当該相互相関値と同期ワード検出の平均電力に依存する閾値との比較が行われる。“Optimum frame synchronization,” J. L. Massey, IEEE Trans. onCommun., vol. 20, April 1972, pp. 115-119では、特に加法性白色ガウス雑音の存在下で受信される対蹠バイナリ信号（antipodal binary signal）を対象とする最適ワード同期化アルゴリズムが提案されている。具体的には、対蹠バイナリ信号を対象とする最適ワード同期化アルゴリズムの相関判定ルールは、信号対雑音比（ＳＮＲ）に依存する加法的補正項（additive correction term）によって修正される相関判定ルールであることが明らかにされている。ここでは、最適ワード同期化アルゴリズムの高ＳＮＲ及び低ＳＮＲ近似も提示されている。シミュレーション結果から、対蹠バイナリ信号を対象とする最適ワード同期化アルゴリズムの高ＳＮＲ近似が最適ワード同期化アルゴリズムとほぼ同等の機能を発揮することが証明されている（“Some optimum and suboptimum frame synchronizers for binary data inGaussian noise,” P. T. Nielsen, IEEE Trans. on Commun., vol. 21, June 1973, pp.770-772参照）。“Framesynchronization for Gaussian channels,” G. L. Lui and H. H. Tan, IEEE Trans. on Commun., vol. 35, August1987, pp. 818-829では、最尤ワン・ショット受信機構造と仮定して、ベクトル空間における対蹠バイナリ信号の最適ワード同期化アルゴリズムがガウス・チャネル上のコヒーレント位相復調と非コヒーレント位相復調の両方に展開されている（“Principles of Communication Engineering”, J. M. Wozencraft and I.M. Jacobs, John Wiley & Sons, 1965参照）。
【０００３】
テープ・ストレージ・システムでは、タイミング・ベース・サーボ（timing-based servo：ＴＢＳ）技術を利用してデータ・トラックに隣接するテープの長手方向に延びる専用サーボ・トラックにサーボ情報を記録する。ＬＴＯ（Linear Tape Open：リニア・テープ・オープン）（ＴＭ）コンソーシアムは、ＴＢＳ手法を採用し、ＬＴＯテープ・ドライブ向けの強固且つ拡張可能な専用サーボ・パターンを標準化した。この専用サーボ・パターンは、後方互換性を有し、より高いトラック密度の後継ＬＴＯ規格でも変更されていない。ＴＢＳサーボ・パターンの詳細は、Standard ECMA-319, “Data interchange on 12.7 mm 384-track magnetictape cartridges − Ultrium-1 format,” June 2001, pp. 48 to 56に記載されている。このサーボ・パターンは、後でより詳細に説明するように、２つの異なる方位角傾斜を有する一連のストライプを定義する磁化転移で構成される。ヘッドの横方向位置は、ストライプ・パターンを読み取る狭いサーボ・ヘッドによって生成されるパルスの相対タイミングから導出することができる。ＴＢＳパターンを用いると、横方向の位置誤差信号（position error signal：ＰＥＳ）の生成に影響を与えることなく、追加的な長手方向位置（longitudinal position：ＬＰＯＳ）情報を符号化することも可能となる。ＬＰＯＳ情報は、サーボ・パターン内の各遷移（ストライプ）をそれぞれテープの長手方向の公称パターン位置からシフトさせることによって符号化される。ＬＰＯＳ情報は、サーボ・パターンの３６フレームに及ぶ３６ビット・ワード単位で記録され、各ＬＰＯＳワードは、テープ上の特定の絶対長手方向位置を示す。それ故、各サーボ・フレームは、ＬＰＯＳ情報の１ビットを符号化し、ビット値は、サーボ・パターン・ストライプ内の特定のシフトによって示される。３６ビットＬＰＯＳワードの最初の８ビットは、既知の同期ワードを構成する。ＬＰＯＳビットはサーボ・フレーム・ストライプの長手方向位置をシフトさせることによって記録されるので、結果として得られるサーボ・ヘッド読み取り信号は、位置データの復元のために同期ワードを識別しなければならないＰＰＭ符号化信号となる。
【０００４】
ＬＴＯドライブにおける従来のワード同期化システムは、相関判定ルールをＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号（PPM-encoded servo pattern read signal）から導出されるハード出力ビットに適用する。本出願人の米国特許第７，２４５，４５０号、及び“Synchronous Servo Channel Design for Tape Drive Systems,” Cherubiniet al., Proc. 17th Annual ASME Information Storage and Processing Systems Conf.ISPS 2007, Santa Clara University, CA, June 18-19, 2007, pp. 160-162に詳細に記載されるように、ハード出力ビットは、整合フィルタ手法と、後続のサーボ読み取り信号サンプルの補間とを使用して検出される。このような同期ワード検出器を添付図面の図１に示す。値＋１又は−１のハード出力ビット・ストリーム
【数１】
2011525033.tif 000003
（以下、「ｂハットｋ」と記載する）は、一連の７つの遅延素子Ｄを介してクロック制御される。これらの遅延素子Ｄの入力／出力からは、８つのビット、即ちｂハットｋ，ｂハットｋ−１，．．．，ｂハットｋ−７のスライディング・ブロックが供給される。図示の乗算器の他の入力には、既知の同期ワード・ビットｐ０，ｐ１，．．．，ｐ７（ただし、ｐ０＝１、ｐｉ＝−１（ｉ＝１，．．．，７））が供給される。この結果得られるビット相関値を合計して、出力ビット・ストリーム内のスライディング８ビット・ブロックの各位置におけるブロック相関値Ｃｋが生成される。これらのブロック相関値は検出器に供給され、検出器は、Ｃｋ＝８のときに、現在のブロックと期待される同期ワードとの間の整合を示すワード同期インディケータ（word sync indicator）を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，０７３，９０６号
【特許文献２】米国特許第７，２４５，４５０号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Frame synchronization techniques,” R. A. Scholtz, IEEE Trans. onCommun., vol. 28, August 1980, pp. 1204-1213
【非特許文献２】R. H. Barker, “Group synchronization of binary digital systems,” inCommunication Theory, W. Jackson, Ed. London. Butterworth,1953, pp. 273-287
【非特許文献３】“Optimum frame synchronization,” J. L. Massey, IEEE Trans. onCommun., vol. 20, April 1972, pp. 115-119
【非特許文献４】“Some optimum and suboptimum frame synchronizers for binary data inGaussian noise,” P. T. Nielsen, IEEE Trans. on Commun., vol. 21, June 1973, pp.770-772
【非特許文献５】“Frame synchronization for Gaussian channels,” G. L. Lui and H. H.Tan, IEEE Trans. on Commun., vol. 35,August 1987, pp. 818-829
【非特許文献６】“Principles of Communication Engineering”, J. M. Wozencraft and I. M. Jacobs, John Wiley & Sons, 1965
【非特許文献７】Standard ECMA-319, “Data interchange on 12.7 mm 384-track magnetictape cartridges − Ultrium-1 format,” June 2001, pp. 48 to 56
【非特許文献８】“Synchronous Servo Channel Design for Tape Drive Systems,” Cherubiniet al., Proc. 17th Annual ASME Information Storage and Processing Systems Conf.ISPS 2007, Santa Clara University, CA, June 18-19, 2007, pp. 160-162
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
外乱及び雑音の存在下では、テープ・ドライブの信頼性のある動作を実現する上でワード同期化動作のロバスト性が重要となることは言うまでもない。ＬＰＯＳ情報のリード・バック時及びＬＰＯＳワードの同期化時にエラーが発生すると、通常のドライブ・サーボ動作中に誤った位置情報が生成される恐れがある。したがって、テープ・ドライブ用の改善されたワード同期化システムを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、テープ・ドライブ内の磁気テープから読み取られるＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号においてＮビット間隔で発生するＬビット同期ワードを検出するためのワード同期化装置を提供する。前記装置は、
前記ＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号を処理して、前記サーボ・パターン内の符号化された各ビットに対応する一連のソフト出力サンプルを生成するソフト出力検出器と、
各ブロック位置において、各サンプルと前記同期ワードの対応するビットとの間の相関を示すビット相関値をそれぞれ計算し、各ビット相関値から対応するソフト出力サンプル値の所定の関数を引いた値をそれぞれ合計することにより、前記一連のソフト出力サンプル内のスライディングＬサンプル・ブロックの各位置のブロック相関値を生成する同期ワード検出器と、
を備え、
前記同期ワード検出器は、前記一連のソフト出力サンプルの（Ｎ＋Ｌ−１）サンプル・シーケンス内でブロック相関値が最大となるブロック位置の同期ワードを検出するように適合される。
【０００９】
上述した従来のＬＴＯシステムは、ハード判定ワード同期化を実行し、それにより、ハード出力ビットから（２つの可能な値のうちの１つとして判定された値を有する）同期ワードが検出される。本発明は、このような従来技術とは異なり、（２つの可能なビット値のうちの１つにまだ解決されていない値を有する）ソフト出力サンプルに基づくソフト判定ワード同期化システムを提供する。ＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号からソフト出力サンプルを生成するソフト出力検出器が提供される。次に、同期ワード検出器は、ソフト出力サンプルのＬサンプル・ブロックを既知のＬビット同期ワードの対応するビットと相関付けるスライディング・ブロック相関動作を実行する。ただし、前記同期ワード検出器は、ビット相関値を単純に合計するのではなく、まず各サンプルのビット相関値からソフト出力サンプル値の関数を引き、その後結果として得られた値を合計してブロック相関値を生成するように適合される。次に、ソフト出力検出器からの（Ｎ＋Ｌ−１）サンプル・シーケンス内で（即ち、Ｌサンプル・ブロックのＮ個のシーケンス位置が存在する場合）ブロック相関値が最大となるブロック位置の同期ワードが識別される。ただし、Ｎは、ＰＰＭ符号化ビット・パターン内の同期ワード周期である。本発明の諸実施形態は、上述した従来のシステムと比較してエラー率性能の大幅な改善を実現する。このことは、動作効率を改善するだけでなく、マルチ・テラバイト・テープ・カートリッジをサポートする上で想定される高トラック密度では特に有利である。更に、現行のＬＴＯテープ・ヘッド・アセンブリは、データ・バンド及びデータ・バンドの両側を走る２つのサーボ・バンドに及ぶ。それ故、２つの個別のサーボ・ヘッドからの情報は通常、データ・ヘッドの横方向の位置決めに利用可能である。しかしながら、サーボ・ヘッドの一方が汚れた場合又は短絡した場合は、１つのサーボ・チャネルしか利用することができなくなる。本発明を実施するワード同期化システムは、このような状況において大幅な性能の改善を実現する。全体として、本発明の諸実施形態は、従来の手法を大きく上回る性能を発揮する効率的且つ強固なワード同期化システムを提供する。
【００１０】
ブロック相関値の計算に使用され得る所定の関数の特定の形式については、以下で詳細に説明する。また、特に効率的な実装環境を提供する好ましい実施形態についても説明する。特に、以下の説明では、そのようなシステムにとって好ましい特定の形式のソフト出力を生成するソフト出力検出器の構成についても詳細に説明する。
【００１１】
本発明の第２の態様は、テープ・ドライブであって、
磁気テープ上でデータを読み書きする読み取り／書き込みヘッドと、
前記読み取り／書き込みヘッドに関連し、前記磁気テープ上のＰＰＭ符号化サーボ・パターンを読み取ってサーボ・パターン読み取り信号を生成するサーボ・リーダと、
前記サーボ・パターン読み取り信号を処理して、前記磁気テープ及び前記読み取り／書き込みヘッドの相対的な位置決めを制御するための位置情報を生成するサーボ・コントローラと、
を備え、
前記サーボ・コントローラは、本発明の第１の態様に係るワード同期化装置を含む、
テープ・ドライブを提供する。
【００１２】
本発明の第３の態様は、テープ・ドライブ内の磁気テープから読み取られるＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号においてＮビット間隔で発生するＬビット同期ワードを検出するための方法を提供する。前記方法は、
前記ＰＰＭ符号化サーボ・パターン読み取り信号を処理して、前記サーボ・パターン内の符号化された各ビットに対応する一連のソフト出力サンプルを生成するステップと、
各ブロック位置において、各サンプルと前記同期ワードの対応するビットとの間の相関を示すビット相関値をそれぞれ計算し、各ビット相関値から対応するソフト出力サンプル値の所定の関数を引いた値をそれぞれ合計することにより、前記一連のソフト出力サンプル内のスライディングＬサンプル・ブロックの各位置のブロック相関値を生成するステップと、
前記一連のソフト出力サンプルの（Ｎ＋Ｌ−１）サンプル・シーケンス内でブロック相関値が最大となるブロック位置の同期ワードを検出するステップと、
を含む。
【００１３】
一般に、本発明の一態様の実施形態に関して本明細書で説明する特徴は、本発明の別の態様の実施形態でも提供される可能性がある。
【００１４】
以下では例示として、添付図面を参照しながら本発明の好ましい諸実施形態について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来のＬＴＯテープ・ドライブで利用されるハード判定同期ワード検出器を示す図である。
【図２】本発明を実施するワード同期化システムが実施され得るテープ・ドライブの概略図である。
【図３】ＬＰＯＳ情報が符号化され得るサーボ・フレームを形成するサーボ・バーストのＬＴＯ規格を示す図である。
【図４】ＬＴＯサーボ・フレーム内のＬＰＯＳビットの符号化手法を示す図である。
【図５】図２のテープ・ドライブ内のワード同期化装置の概略ブロック図である。
【図６】図５の装置のソフト出力検出器の一実施形態を示す図である。
【図７】図５の装置のソフト出力検出器の別の実施形態を示す図である。
【図８】図５の装置の同期ワード検出器の一実施形態を示す図である。
【図９】図５の装置の同期ワード検出器の別の実施形態を示す図である。
【図１０】従来のワード同期化システムと本発明の好ましい一実施形態のシミュレーション結果を比較したグラフである。
【図１１】従来のワード同期化システムと本発明の好ましい一実施形態のシミュレーション結果を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図２は、本発明を実施するワード同期化システムに関連する重要な要素を例示するテープ・ドライブの簡略図である。テープ・ドライブ１は、磁気テープ３上でデータを読み書きする読み取り／書き込みヘッド２を有する。具体的には、読み取り／書き込みヘッド２は、磁気テープ３がテープ転送機構（図示せず）によって読み取り／書き込みヘッドを通過するように送られるときに各データ・トラック４のデータを読み書きする複数の読み取り／書き込み要素（図示せず）を有する。読み取り／書き込みヘッド２上には、各データ・トラックに隣接する専用のサーボ・バンド６に記録されたサーボ・パターンを読み取るサーボ・リーダ５が取り付けられている。動作において、サーボ・リーダ５は、サーボ・パターン読み取り信号ｒをサーボ・コントローラ８に出力する。（実際には、サーボ・バンド６をそれぞれ読み取り、各読み取り信号をサーボ・コントローラ８に提供する２つ以上のサーボ・リーダを読み取り／書き込みヘッド２上に設けることも可能である。これによってサーボ制御機能を提供する際のロバスト性が高まる（一方のサーボ・リーダの出力が信頼できない場合も他方のサーボ・リーダの出力に切り替えることが可能となる）。しかしながら、図示のように、サーボ・コントローラ８の動作は、単一のサーボ読み取り信号ｒを考慮すれば理解可能であろう。）サーボ・コントローラ８は、読み取り信号ｒを処理して磁気テープ３と読み取り／書き込みヘッド２の相対運動を制御するのに使用される様々な情報を導出する。特に、テープ転送制御システムで使用されるテープ速度ｖの推定値が生成される。読み取り／書き込みヘッド２の横方向位置は、読み取り信号のパルス間の相対タイミングから推定され、位置誤差信号（ＰＥＳ）が位置制御機構９に出力される。これにより、読み取り／書き込みヘッド２の横方向位置が図中の破線で示すように制御される。また、読み取り／書き込みヘッド２のテープに沿った絶対位置を判別するために、サーボ・パターン内の符号化された長手方向位置（ＬＰＯＳ）情報がサーボ・コントローラ８によって抽出される。このＬＰＯＳ情報は、図３及び図４を参照して以下で説明するように、ＬＴＯサーボ・パターン規格に従って記録される。
【００１７】
図３は、ＬＴＯサーボ・パターンの２００μｍ周期１つ分に対応するＬＴＯサーボ・フレームを示す。ＬＴＯサーボ・フレームは、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで標示される４つのサーボ・バーストで構成される。Ａバースト及びＢバーストは５つのサーボ・ストライプを有し、Ｃバースト及びＤバーストは４つのストライプを有する。サーボ・ストライプは、互いに２．１μｍ離れ、±π／３０ラジアン（６度）の方位角で書き込まれる２つの磁化転移で構成される。サーボ・バースト内のサーボ・ストライプは、互いに５μｍの距離だけ離間される。サーボ・フレームのＡバースト及びＢバースト内の２番目と４番目のサーボ・ストライプの各位置は、サーボ・フレーム内のＬＰＯＳ情報の１ビットを符号化するために変調される。サーボ・ストライプ位置のシフトは、±０．２５μｍである。図４は、Ａバースト及びＢバーストを収容するサブフレーム１と、Ｃバースト及びＤバーストを収容するサブフレーム２とで構成されるＬＴＯサーボ・フレーム内の１つのＬＰＯＳビットを符号化する様子を示す。図４の上側セクションは、「１」の符号化を示しており、この符号化は、Ａバースト及びＢバーストにおいてそれぞれ２番目と４番目のサーボ・ストライプを中心ストライプから外側にシフトさせることによって行われる。図４の下側セクションは、「０」の符号化を示しており、この符号化は、Ａバースト及びＢバーストにおいてそれぞれ２番目と４番目のサーボ・ストライプを中心ストライプに向かって内側にシフトさせることによって行われる。それ故、これらのサーボ・フレームのリード・バック信号は、２つのＬＰＯＳビット値を表すＰＰＭ符号化信号ｓ１（ｔ）及びｓ０（ｔ）となる。
【００１８】
ＬＴＯにおいて、ＬＰＯＳ情報は、７．２ｍｍのテープ長に対応する３６サーボ・フレームで構成されるＬＰＯＳワード内に収容される。各３６ビットＬＰＯＳワードは、先頭に固定の８ビット同期ワードが置かれ、続いて２４ビットのＬＰＯＳ情報、最後に４ビットの製造シンボルが置かれる。ＬＰＯＳ情報は、テープ上の絶対長手方向アドレスを指定する。固定の８ビット同期ワード・パターンは「１０００００００」であり、この場合はシンボル「１」が最初に書き込まれる。それ故、ＬＴＯサーボ・バンド内の同期ワードは、ＬＰＯＳデータ・ストリームに周期的に埋め込まれ、８ビット同期ワードは、３６ビットＬＰＯＳワードのテープ長に対応する７．２ｍｍ毎に反復される。２つの連続するＬＰＯＳワードのＬＰＯＳ値は、１だけ異なる。したがって、テープ・ドライブ１は、読み取り／書き込みヘッド２を、７．２ｍｍの長手方向分解能で磁気テープ３に向かって所与のＬＰＯＳに位置決めすることができる。しかしながら、このような位置決めを行うには、まず、サーボ・コントローラ８によってサーボ・パターン読み取り信号からＬＰＯＳ情報を抽出しなければならない。このため、ワード同期化においてＰＰＭ符号化読み取り信号ｒ内の８ビットＬＰＯＳ同期ワードを検出する必要がある。それ故、サーボ・コントローラ８は、同期ワード検出を行うためのワード同期化装置を含む。以下、このワード同期化装置の好ましい諸実施形態について説明する。これらの実施形態は、ワード同期化をＰＰＭ符号化ＬＰＯＳビットのソフト出力検出に基づいて実行する。好ましい諸実施形態の詳細な説明を行う前に、それらの実施形態の基礎となる以下の理論的解析について検討することが有用である。
【００１９】
まず、加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）の存在下でバイナリ変調信号のソフト出力（ソフト判定）を生成する手順について説明する。２つの信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）は、それぞれＬＰＯＳビット値０及び１を表すものとし、これらのパルス位置は、上述したようにＬＰＯＳビット値に応じて変調されるものとする。いずれの信号も間隔（０，Ｔ）において最大Ｔ秒と等しい時間間隔の間非ゼロとなり、同じエネルギーを有すると仮定する。即ち、
【数２】
2011525033.tif 000004
【００２０】
ＬＰＯＳシンボル・ストリームは、次式によって表すことができる。
【数３】
2011525033.tif 000005
上式で、ａｋは、互いに独立で同一の分布に従う０又は１の値をとるバイナリ・データ・ビットのストリームである。以下、双極ＬＰＯＳシンボルをｂｋ＝２ａｋ−１で示し、再生信号は、加法性白色ガウス雑音モデルを使用して次式によって特徴付けられる。
ｒ（ｔ）＝ｑ（ｔ）＋ｎ（ｔ）
上式で、加法性雑音過程の片側スペクトル密度（one-sided spectral density）ｎ（ｔ）は平坦であり、Ｎ０によって与えられる。
【００２１】
受信バイナリ変調信号の検出器は、インパルス応答ｇ（ｔ）（ただし、０≦ｔ≦Ｔ）と、その後サンプラからＴ秒毎に提供されるサンプルと、によって特徴付けられる線形フィルタであると仮定する。以下、このタイプの検出器をタイプ１検出器と呼ぶ。タイプ１検出器のソフト出力、即ちｔ＝ｋＴにおけるサンプリング値は、次式によって特徴付けることができる。
【数４】
2011525033.tif 000006
上式で、
【数５】
2011525033.tif 000007
ｎ（ｔ）はガウス過程であるので、ｘｋはガウス確率変数となる。以下、
【数６】
2011525033.tif 000008
（以下、「ｘ０ｋ」と記載する）は、ビット間隔中にｓ０（ｔ）が記録されるときのサンプル値を示し、
【数７】
2011525033.tif 000009
（以下、「ｘ１ｋ」と記載する）は、ビット間隔中にｓ１（ｔ）が記録されるときのサンプル値を示す。サンプルｘ０ｋ及びｘ１ｋの平均値は、次式によって与えられる。
【数８】
2011525033.tif 000010
【数９】
2011525033.tif 000011
上式で、Ｅは期待値演算子である。検出器フィルタの出力におけるサンプルｘｋの標準偏差は、どのような信号が記録されたかに関わらず、次式によって与えられる。
【数１０】
2011525033.tif 000012
上式で、Ｇ（ｆ）は、ｇ（ｔ）のフーリエ変換であり、標準偏差σは、パーセバルの定理（Parseval’s theorem）を使用してインパルス応答ｇ（ｔ）の関数として表現されている。
【００２２】
ビットａｋが同様に確からしく、且つｍ１＞ｍ０と仮定すると、（先に引用した“Principles of Communication Engineering”で論じられているように）最尤検出器の判定ルールは以下のようになる。
【数１１】
2011525033.tif 000013
上式で、
【数１２】
2011525033.tif 000014
は、記録ビットの最尤推定から得られる検出器出力におけるハード判定である。閾値検査を実行して記録ビットの値を判別する最尤検出器は、検出ビットの平均エラー率を最小化する。実際に、最尤検出器の出力における平均ビット・エラー率Ｐｂは、次式のようになる。
【数１３】
2011525033.tif 000015
上式で、
【数１４】
2011525033.tif 000016
【００２３】
最尤検出器の出力における平均ビット・エラー率Ｐｂは、パラメータ｜ｍ０−ｍ１｜／２σが最大となるときに最小化される。シュワルツの不等式を使用すると、｜ｍ０−ｍ１｜／２σは、
ｇ（ｔ）＝ｃ（ｓ１（Ｔ−ｔ）−ｓ０（Ｔ−ｔ）），０≦ｔ≦Ｔ
のときに最大となる。上式で、ｃは任意の定数である。
【００２４】
以下、
【数１５】
2011525033.tif 000017
と仮定する。ただし、
【数１６】
2011525033.tif 000018
この場合、
【数１７】
2011525033.tif 000019
且つ
【数１８】
2011525033.tif 000020
ここで、雑音の存在下における検出器からのソフト出力は、次式のように表すことができる。
【数１９】
2011525033.tif 000021
更に、検出閾値はゼロ、即ち（ｍ０＋ｍ１）／２＝０であり、最尤検出器の出力における平均ＬＰＯＳビット・エラー率Ｐｂは、
【数２０】
2011525033.tif 000022
となる。
【００２５】
受信バイナリ変調信号用の代替的なタイプ２検出器のソフト出力は、次式によって特徴付けることができる。
【数２１】
2011525033.tif 000023
上式で、
【数２２】
2011525033.tif 000024
タイプ１検出器及びタイプ２検出器は同じソフト出力を有すること、即ち、タイプ１ソフト出力ｘｋはすべてのｋに関してタイプ２ソフト出力ｙｋと同一になることが容易に理解されるだろう。
【００２６】
上記の分析では、加法性白色ガウス雑音の存在下におけるバイナリ変調信号のソフト出力検出について検討した。以下では、生成されるソフト出力を使用した最適ソフト判定ＬＰＯＳワード同期化について検討する。
【００２７】
前セクションで説明した検出器から取得されるＮ個のソフト出力（ｘ０，ｘ１，．．．，ｘＮ−１）で構成されるブロックについて検討する。前セクションの分析から、ソフト出力は、信号項と雑音項の和、即ちｘｋ＝ｍｋ＋ｎｋとして表すことができる。ただし、データ・パターンに関しては
【数２３】
2011525033.tif 000025
であり、同期パターンに関しては
【数２４】
2011525033.tif 000026
である。この場合、Ｐｋは、＋１又は−１の値をとる双極同期シンボルであり、ｎｋは、以下の標準偏差を有する独立したガウス雑音サンプルである。
【数２５】
2011525033.tif 000027
検出されるソフト出力ブロックは、Ｌ個の同期ワード・ビット及び（Ｎ−Ｌ）個のランダム・バイナリ・データ・ビットに対応する。上述のＬＴＯでは、Ｎ＝３６、Ｌ＝８であり、ＬＰＯＳ同期ワードは、Ｐ０＝１、Ｐｉ＝−１（ｉ＝１，．．．，７）によって定義される。更に、ＬＰＯＳワード内の２８ビット・バイナリ・データ・シーケンスは、７つの１４進（14-ary）シンボルで構成され、各１４進シンボルは、指定の１対１マッピングを使用して４つのビットに符号化される。ここで、ＬＰＯＳデータ・ビット・シーケンスは、互いに独立で同一の分布に従う等しい確率の２進数のシーケンスとしてモデル化される。この仮定は、単純な最適ＬＰＯＳワード同期化アルゴリズムの導出を可能にするとともに、１４進数ＬＰＯＳシンボルが当初未知であることから妥当と認められる。
【００２８】
先に引用した混合ベイズ規則（mixed Bayes’ rule）に基づくJ. L. Masseyの論文に記載の手法に基づけば、サーボ・チャネル内のＬＰＯＳデータ・ストリームに周期的に埋め込まれるＬＰＯＳ同期ワードが正しく位置決めされる確率を最大化する最適ＬＰＯＳワード同期化アルゴリズムが導出される。長さＮ＋Ｌ−１＝４３サンプルのソフト出力（ｘｋ，ｘｋ＋１，．．．，ｘｋ＋４２）のブロックが検出された場合、最良のＬＰＯＳ同期ワード位置を推定するアルゴリズムは、ＬＰＯＳ同期ワード位置ｌが、統計量
【数２６】
2011525033.tif 000028
を最大化するｎ（ただし、０≦ｎ＜３６）の値をとるように選択する。上式で、
【数２７】
2011525033.tif 000029
であり、信号対雑音比ＳＮＲは、次式によって与えられる。
【数２８】
2011525033.tif 000030
【００２９】
上記のワード同期化アルゴリズムは、スライディング・ブロック操作ならびに明確に定義された統計量の最大化の結果として最良のＬＰＯＳ同期ワード位置ｌが選択されることから、スライディング・ブロック・タイプのアルゴリズムといえる。この統計量は、ソフト相関項と、８ビットＬＰＯＳ同期ワードが周期的に埋め込まれるランダム・データの影響を表す第２項との和として記述することができる。この統計量は、サーボ・チャネル内のＬＰＯＳ検出に関するＳＮＲに依存することに留意していただきたい。しかしながら、ＳＮＲが大きい場合は、関数ｈ（ｘ）をＳＮＲに依存しない｜ｘ｜によって近似することができる。この近似により、最良のＬＰＯＳ同期ワードを選択するための統計の実装をずっと単純なものにすることができる。この場合、最良のＬＰＯＳ同期ワード位置を判別するルールは、以下の統計量の最大化に単純化される。
【数２９】
2011525033.tif 000031
上式で、最後の合計は、添え字集合Ｎ＝｛ｉ｜０≦ｉ≦７、ｐｉｘｋ＋ｉ＋ｎ＜０｝全体の合計である。換言すると、最良のＬＰＯＳ同期ワード位置を判別するルールは、負の相関項の和の最小化に単純化される。即ち、
【数３０】
2011525033.tif 000032
【００３０】
これまで論じてきた最適ソフト判定ＬＰＯＳワード同期化アルゴリズムの導出では、信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）が時間間隔（０，Ｔ）において最大Ｔ秒間非ゼロになると仮定した。長手方向の記録では、これらの信号をいくつかの狭いパルスの重ね合わせとしてモデル化することができる。具体的には、ＬＰＯＳ検出の場合は、位置変調された４つのサーボ・ストライプに対する応答の結果８つのパルスが重ね合わされ、それによって信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）が得られる。以下の手法では、信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）のサポートが（０，Ｔ）からリール線全体に延長される。（数学的に言うと、関数ｆ（．）のサポートは関数がゼロでない点の集合である。）これまで論じてきたＬＰＯＳワード同期化アルゴリズムは、信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）の大部分のエネルギーが間隔（０，Ｔ）に存在する、即ち、
【数３１】
2011525033.tif 000033
である限り、問題なく機能することは言うまでもない。ＬＴＯでは、最小遷移距離がたった２．１μｍであり、この距離はテープ上の時間間隔Ｔに対応するＬＴＯサーボ・フレーム長にあたる２００μｍよりずっと小さいので、上記の仮定は妥当と認められる。
【００３１】
特に有利な一手法では、最小化すべき統計量の畳込み積分が和によって近似され、この和における非有意な項は取り除かれる。これにより、デジタル・ロジックによるＬＰＯＳワード同期化アルゴリズムの非常に単純且つ強固な実装が実現される。この場合、統計量
【数３２】
2011525033.tif 000034
は、統計量
【数３３】
2011525033.tif 000035
による乗法定数（multiplicative constant）まで近似することができる。上式で、Ｊは添え字集合である。また、
【数３４】
2011525033.tif 000036
テープ速度ｖについて、変調信号サンプル
【数３５】
2011525033.tif 000037
（以下、「ｓティルド０ｊ」と記載する）及び
【数３６】
2011525033.tif 000038
（以下、「ｓティルド１ｊ」と記載する）、ならびに受信サンプル
【数３７】
2011525033.tif 000039
（以下、「ｒティルドｊ」と記載する）は、互いの距離がＴ＝２００μｍ／ｖよりもずっと近くなるように、即ちＴ’＜＜Ｔとなるように離間される。例えば、１／Ｔ’のレートはサーボ信号の両側帯域幅よりも大きく、その結果、サンプリング定理で必要とされる情報を損失することなく受信信号をそれ自体のサンプルｒティルドｊから確実に再構築することが可能となるので、Ｔ’＝０．２５μｍ／ｖの間隔は、ＬＴＯサーボ信号にとって良い選択肢である。更に単純な例では、近似統計量におけるごく少数の項が和に有意に寄与することが認められ、この場合、統計量は、添え字ｊの部分集合Ｊ’⊆Ｊの総和を求めることによって効率的に計算することができる。即ち、最小化すべき統計量は、以下のようになる。
【数３８】
2011525033.tif 000040
【００３２】
先に定義したタイプ２検出器の場合では、最小化すべき統計量は以下のようになる。
【数３９】
2011525033.tif 000041
この場合も、有利なことに、効率的且つ強固なソフト判定ＬＰＯＳワード同期化アルゴリズムの実装を実現するために、統計量の積分を和によって近似し、この和における非有意な項を取り除くことができる。この結果得られる最小化すべき統計量は、以下によって与えられる。
【数４０】
2011525033.tif 000042
【００３３】
以下では図５乃至図９を参照して、上記の分析に基づくワード同期化装置の好ましい諸実施形態について説明する。図５のブロック図は、図２のテープ・ドライブのサーボ・コントローラ８で使用されるワード同期化装置１０の一般的な形態を示す。ワード同期化装置１０は、ソフト出力検出器１１と、同期ワード検出器１２と、を備える。ソフト出力検出器１１は、信号サンプル・ジェネレータ１３と、ソフト出力ジェネレータ１４と、を備える。簡潔に言うと、信号サンプル・ジェネレータ１３は、サーボ・リーダ５（図２）から連続時間読み取り信号ｒを受信し、各符号化ＬＰＯＳビット周期Ｔに対応する補間信号サンプル集合ｒティルドｊを生成する。ソフト出力ジェネレータ１４は、補間サンプルｒティルドｊを処理して符号化ＬＰＯＳビットに対応するソフト出力サンプルｕｋを生成する。一連のソフト出力サンプルｕｋ−１，ｕｋ，ｕｋ＋１等が同期ワード検出器１２に供給され、同期ワード検出器１２は、以下で詳述するようにサンプル・ストリーム内の同期ワードを検出し、同期ワードが検出されたときはフレーム同期インディケータ信号（frame sync indicator signal）を出力するように動作する。
【００３４】
図６には、図５のソフト出力検出器１１として使用されるソフト出力検出器の好ましい一実施形態がより詳細に示されている。本実施形態のソフト出力検出器１１ａは、図６に構造が詳細に示される信号サンプル・ジェネレータ１３と、ソフト出力ジェネレータ１４ａと、備える。信号サンプル・ジェネレータ１３は、サンプラ（Ａ／Ｄ）１５と、バースト補間器１６と、タイミング基準生成回路（timing basis generation circuit）１７と、を備える。動作において、サンプラ１５は、読み取り信号ｒを固定サンプリング周波数でサンプリングし、その結果得られるサンプルは、バースト補間器１６に供給される。バースト補間器は、サーボ・パターン読み取り信号内のサーボ・フレーム・バーストの固定周波数サンプルの補間を行って、タイミング基準生成回路１７によって決定されるタイミングに対応する信号サンプルｒティルドｊを生成するように動作する。これらのタイミングは、サンプルｒティルドｊが単位テープ長毎に固定レートで生成されるように決定される。バースト補間器１６及びタイミング基準生成回路１７は、先に引用した本出願人の米国特許第７，２４５，４５０号及びCherubini et al.で詳しく説明されるように実装可能である。ここでの重要な点は、サンプルｒティルドｊが、単位テープ長毎のサンプルで定義される、テープ速度と独立した所定の固定レートで取得されることである。それ故、補間器の出力におけるサーボ・チャネル信号の分解能は、補間器の出力におけるサンプル間の最小距離であるステップ補間距離Δｘによって決定される。ランプ・アップ中及びランプ・ダウン中、ならびに最大速度ｖｍａｘまでの任意の一定のテープ速度に関して、信頼性のあるＬＰＯＳ検出を達成することが可能となる。サンプラ１５の入力におけるＰＰＭサーボ信号の片側帯域幅が非変調サーボ信号のスペクトルの主ローブ幅の２倍、即ちＷ＝２ｖｍａｘ／Ｌｐ（Ｌｐは磁化転移間の最小距離）と仮定すると、サンプラ１５のサンプリング・レートｆｓの近似下限は、サンプリング定理から次式のように与えられる。
【数４１】
2011525033.tif 000043
このようなサンプリング・レートｆｓの選択肢により、エイリアシング効果が無視できるようになる。したがって、バースト補間器１６の出力におけるステップ補間距離Δｘの近似上限は、Δｘ≦Ｌｐ／４となる。例えば、ＬＴＯで指定されるように、Ｌｐ＝２．１μｍとすると、ステップ補間距離の限界は、Δｘ≦０．５２５μｍとなる。
【００３５】
結果として得られる補間信号サンプル集合ｒティルドｊは、ソフト出力ジェネレータ１４ａに供給される。ソフト出力ジェネレータ１４ａは、図示のように接続された乗算器１８ａ、１８ｂと、加算回路１９ａ、１９ｂ、２０と、を備える。動作において、補間サンプルｒティルドｊは、２つの乗算器１８ａ、１８ｂの第１の入力に供給される。乗算器１８ａ、１８ｂの他の入力は、サーボ・パターン内の符号化されたビット値０及び１をそれぞれ表すＰＰＭ符号化信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）のサンプルｓティルド０ｊ及びｓティルド１ｊを受信する。サンプル集合ｓティルド０ｊ及びｓティルド１ｊは、対応する補間サンプルｒティルドｊのサンプル・タイミングに対応するサンプル・タイミングで得られ、既知の基準信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）に関して事前に生成され得る。サンプルｒティルドｊが乗算器１８ａ、１８ｂを介してクロック制御されるとともに、乗算の出力がそれぞれ加算回路１９ａ、１９ｂに供給される。これらの加算回路は、添え字集合Ｊ（ただし、ｊ∈Ｊ）全体の入力を合計する。Ｊの入力毎に、リセット信号は、加算回路１９ａ及び１９ｂから加算回路２０に入力される現在の合計値をクロック制御し、それらの合計値をゼロにリセットする。加算回路２０は、加算回路１９ｂの出力から加算回路１９ａの出力を引いて現在のソフト出力サンプルｕｋを生成する。
【００３６】
本実施形態のソフト出力ジェネレータ１４ａは、信号ｒｊ∈Ｊを処理して以下の形式のソフト出力サンプルｕｋを生成することが分かるだろう。
【数４２】
2011525033.tif 000044
この場合、上式の比例定数は１である。本実施形態の更に単純な例では、加算回路１９ａ及び１９ｂにおける合計は、最も有意な項のみを対象とする、即ち、先の分析で論じた添え字集合Ｊの部分集合Ｊ’を対象とすることができる。例えば、ステップ補間距離をΔｘ＝１００ｎｍ、サーボ・フレーム長を２００μｍと仮定した場合に、集合Ｊのサイズの典型的な値が｜Ｊ｜＝２０００＝２００μｍ／１００ｎｍによって与えられるときは、｜Ｊ’｜＝１６項の部分集合Ｊ’のみの合計を求めることができる。その理由は、すべてのダイビット応答（サーボ・ストライプに対応するリード・バック・サーボ信号）が４つのサンプル（ダイビット応答の正のパルスに関する２つのサンプルと、ダイビット応答の負のパルスに関する２つのサンプル）によって表現可能であり、したがって、合計における１６個の項だけを使用して、サーボ・フレーム内のそれぞれの位置が変調される（図４参照）４つのダイビット（サーボ・フレーム毎の４つのＰＰＭ変調サーボ・ストライプに対応するリード・バック・サーボ信号）を特徴付けることができるからである。それ故、ソフト出力ジェネレータ１４ａのソフト出力ｕｋは、先の分析で論じたタイプ１ソフト出力ｘｋをスケーリング係数まで近似することが分かるだろう。
【００３７】
図７には、図５の装置で使用されるソフト出力検出器の好ましい一代替実施形態が示されている。本実施形態のソフト出力検出器１１ｂは、図６に関して上述した信号サンプル・ジェネレータ１３と、代替的なソフト出力ジェネレータ１４ｂと、を備える。ソフト出力ジェネレータ１４ｂは、ソフト出力ジェネレータ１４ａと同様の構成要素を含むため、以下では重要な差異だけ説明する。特に、ソフト出力ジェネレータ１４ｂでは、図示のように、乗算器１８ａ、１８ｂが加算器２２ａ、２２ｂ及び後続の２乗回路２３ａ、２３ｂによって置き換えられる。各補間入力サンプルｒティルドｊについて、２乗回路２３ａの出力は、
【数４３】
2011525033.tif 000045
となる。同様に、２乗回路２３ｂの出力は、
【数４４】
2011525033.tif 000046
となる。これらの出力は、加算回路２４ａ、２４ｂによって添え字集合Ｊ全体で合計され、その結果得られる和は、それぞれ加算回路２５の各入力に供給される。加算回路２５は、上側の入力から下側の入力を引いてソフト出力サンプルｕｋを生成する。このソフト出力ジェネレータ１４ｂは、信号ｒｊ∈Ｊを処理して以下の形式のソフト出力サンプルｕｋを生成することが分かるだろう。
【数４５】
2011525033.tif 000047
この場合、上式の比例定数は１である。しかしながら、前述したように、加算回路２４ａ、２４ｂにおける合計は、Ｊ’の最も有意な項のみを対象とすることができる。それ故、ソフト出力ジェネレータ１４ｂのソフト出力ｕｋは、先の分析で論じたタイプ２ソフト出力ｙｋをスケーリング係数まで近似することが分かるだろう。
【００３８】
図８は、図５の装置で使用される同期ワード検出器の第１の実施形態を示す。本実施形態の同期ワード検出器１２ａは、それぞれの入力／出力が図示のように各乗算器に接続された７つの遅延素子Ｄを有する。上述のソフト出力検出器１１によって生成される一連のソフト出力サンプルｕｋは、これらの遅延素子を介して、８つのサンプルのスライディング・ブロックが乗算器の入力に供給されるようにクロック制御される。これらの乗算器の他の入力は、図示のように既知の同期ワード・ビットｐ０，ｐ１，．．．，ｐ７（ただし、ｐ０＝１、ｐｉ＝−１（ｉ＝１，．．．，７））を受信する。それ故、各乗算器の出力は、現在のブロックの８つのソフト・サンプルのうちの１つと、対応する同期ワード・ビットとの間の相関を示すビット相関値となる。各ビット相関値は、各加算器の一方の入力に供給される。各加算器の他方の入力に関連するソフト出力値の所定の関数ｈが供給されると、ビット相関値から関数ｈが引かれる。次に、８つのすべての加算器から結果として得られた各値が加算器３０において合計され、それによってソフト出力サンプル・ストリーム内の現在のブロック位置に関するブロック相関値Ｒｋが生成される。ブロック相関値Ｒｋは、最大相関検出器３１に出力される。最大相関検出器３１は、ソフト出力検出器からの（Ｎ＋Ｌ−１）＝３６＋８−１＝４３サンプル・シーケンス内でブロック相関値Ｒｋが最大となるブロック位置を検出する。即ち、最大相関検出器３１は、Ｎ＝３６ブロック位置のシーケンスにおいて値Ｒｋが最大となる位置ｎ＝ｌ（０≦ｎ＜Ｎ＝３６）を識別する。最大相関検出器３１の出力は、識別されたｌの値を示すフレーム同期信号である。
【００３９】
同期ワード検出器の本実施形態では、所定の関数ｈ（ｕｋ）は、次式によって与えられる。
【数４６】
2011525033.tif 000048
上式で、Ｅｓ、
【数４７】
2011525033.tif 000049
及びＳＮＲは、先の分析で定義したとおりである。それ故、Ｅｓは、ＰＰＭ符号化信号ｓ０（ｔ）及びｓ１（ｔ）のエネルギーであり、
【数４８】
2011525033.tif 000050
であり、信号対雑音比ＳＮＲは、
【数４９】
2011525033.tif 000051
である。上式で、Ｎ０は、サーボ・チャネル内の雑音過程の片側スペクトル密度である。同期ワード検出器１２ａの効果は、ソフト出力サンプル・ストリーム内の統計量が最大となる位置でフレーム同期化の実現が示されることであることが分かるだろう。
【数５０】
2011525033.tif 000052
【００４０】
同期ワード検出器１２の好ましい一実装環境では、所定の関数ｈが単純化され、具体的にはサーボ・チャネルのＳＮＲに依存しなくなる。図９には、好ましい同期ワード検出器１２ｂが示されている。図９は全体として図８に対応し、同様の要素は同様の符号で示される。以下では重要な差異だけ説明する。具体的には、関数ｈ（ｕｋ）は、ソフト出力サンプル値の絶対値（modulus）｜ｈ（ｕｋ）｜となる。したがって、本実施形態において、フレーム同期化は、ソフト出力サンプル・ストリーム内の統計量が最大となる位置で示される。
【数５１】
2011525033.tif 000053
【００４１】
連続時間ＰＰＭ符号化ＬＴＯサーボ信号のソフト出力検出に基づく上述のワード同期化装置は、テープ・ドライブにおけるワード同期化システムの単純且つ効率的且つ強固な実装環境を提供する。更に、本明細書で提案する装置は、従来のＬＰＯＳワード同期化技法を大きく上回る性能を発揮することがシミュレーション結果から証明されている。具体的には、ＬＰＯＳ検出のソフト判定を生成するサーボ・チャネルのシミュレーションは、従来の手法と比較したロバスト性を評価するために加法性白色ガウス雑音の存在下で実行した。図１０は、理想的なタイミング・リカバリの結果を示している。従来のハード判定相関器に対応する曲線は、図１に示したハードＬＰＯＳ判定と、米国特許第７，２４５，４５０号に記載の従来のハード判定ＬＰＯＳワード同期化システムとを利用して取得されたものである。ソフト判定相関器の曲線は、図６のソフト出力検出器と、図９の同期ワード検出器とを利用して取得されたものである。これらの結果から、本発明を実施するワード同期化装置は、同期検出エラー率が１０−２のとき、従来のハード判定システムよりも約９ｄＢロバスト性が高いことが証明される。より低い同期検出エラー率では、本発明を実施するワード同期化装置によって提供される利得が９ｄＢよりも大きくなることに留意していただきたい。更に、図１１は、実際の非理想的なタイミング・リカバリ・スキームのシミュレーション結果を示している。本発明を実施するワード同期化装置に対応する曲線は、本例ではフレーム同期エラーが観察されなかったため描かれていない。
【００４２】
言うまでもなく、本明細書に記載される例示的な諸実施形態には、本発明の範囲から逸脱しない限り様々な変更及び修正を施すことができることが理解されるだろう。例えば、上記では特に諸実施形態の動作をＬＴＯサーボ・パターンに関して説明してきたが、本発明は、他のＰＰＭ符号化サーボ・パターンにも適用可能であることは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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