(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
最尤系列推定方法を用いて、入力信号系列を復号符号系列へ変換する信号復号方法であって、
（１）該最尤系列推定方法に入力される入力信号系列、および、該最尤系列推定方法により該入力信号系列に対して推定された復号符号系列を用いて、その各復号符号位置に対し、予め設定された所定の符号誤りパターンが発生することを仮定した正規の符号系列を推定し、該入力信号系列と該正規の符号系列に対する理想信号系列の誤差、および、該入力信号系列と該復号符号系列に対する理想信号系列との誤差に基づき、該２つの誤差の差分に相当する量を算出することによって、各復号符号位置に対し、該符号誤りパターンの発生確率を示す尤度値を演算回路が算出すること。
（２）（１）で算出された各々の尤度値に対して、当該符号位置およびその前後所定符号長の復号符号値の内容に対応した所定の補正値を記憶回路から選択し、選択された当該補正値を演算回路が当該尤度値に加えること。
（３）（２）で補正された各々の尤度値と所定の基準値との大小比較を比較回路が行うこと。
（４）（３）の大小比較において、該符号誤りパターンの発生確率を示す尤度値が該所定の基準値を超えたとき、前記復号符号系列に含まれる符号値のうち、前記符号誤りパターンに対応する復号符号位置の符号値を符号反転回路が反転することにより、第二の復号符号系列を生成し、これを復号結果として出力すること。
以上の特徴を有する信号復号方法。
【請求項２】
最尤系列推定方法を用いて、入力信号系列を復号符号系列へ変換する信号復号方法であって、
（５）該最尤系列推定方法に入力される入力信号系列、および、該最尤系列推定方法より該入力信号系列に対して推定された復号符号系列を用いて、その各復号符号位置に対し、予め設定された所定の符号誤りパターンが発生することを仮定した正規の符号系列を推定し、該入力信号系列と該正規の符号系列に対する理想信号系列の誤差、および、該入力信号系列と該復号符号系列に対する理想信号系列との誤差に基づき、該２つの誤差の差分に相当する量を算出することによって、各復号符号位置に対し、該符号誤りパターンの発生確率を示す尤度値を演算回路が算出すること。
（６）（５）で算出された各々の尤度値に対して、当該符号位置およびその前後所定符号長の復号符号値の内容に対応した所定の基準値を記憶回路から選択して設定すること。
（７）（５）で算出された各々の尤度値と、（６）で設定された基準値との大小比較を比較回路が行なうこと。
（８）（７）の大小比較において、該符号誤りパターンの発生確率を示す尤度値が該所定の基準値を超えたとき、前記復号符号系列に含まれる符号値のうち、前記符号誤りパターンに対応する復号符号位置の符号値を符号反転回路が反転することにより、第二の復号符号系列を生成し、これを復号結果として出力すること。
以上の特徴を有する信号復号方法。
【請求項３】
最尤系列推定回路を用いて、入力信号系列を復号符号系列へ変換する信号処理復号回路であって、
（９）該最尤系列推定回路に入力される入力信号系列、および、該最尤系列推定回路により該入力信号系列に対して推定された復号符号系列を用いて、その各復号符号位置に対し、予め設定された所定の符号誤りパターンが発生することを仮定した正規の符号系列を推定し、該入力信号系列と該正規の符号系列に対する理想信号系列の誤差、および、該入力信号系列と該復号符号系列に対する理想信号系列との誤差に基づき、該２つの誤差の差分に相当する量を算出することによって、各復号符号位置に対し、該符号誤りパターンの発生確率を示す尤度値を算出する演算回路を有すること。
（１０）（９）で算出された各々の尤度値に対して、当該符号位置およびその前後所定符号長の復号符号値の内容に対応した所定の補正値を選択し、この選択された補正値を当該の尤度値に加えて補正を行う演算回路を有すること。
（１１）（１０）で補正された各々の尤度値と所定の基準値とを比較する比較回路と、この比較回路によって該尤度値が該所定の基準値を超えると判定されたとき、該符号誤りパターンに対応する当該の復号符号位置の符号値を反転することにより、第二の復号符号系列を生成し、これを復号結果として出力する符号反転回路を有すること。
以上の特徴を有する符号変換回路を該最尤系列推定回路の後段に備えた信号処理復号回路。
【請求項４】
最尤系列推定回路を用いて、入力信号系列を復号符号系列へ変換する信号処理復号回路であって、
（１２）該最尤系列推定回路に入力される入力信号系列、および、該最尤系列推定回路により該入力信号系列に対して推定された復号符号系列を用いて、その各復号符号位置に対し、予め設定された所定の符号誤りパターンが発生することを仮定した正規の符号系列を推定し、該入力信号系列と該正規の符号系列に対する理想信号系列の誤差、および、該入力信号系列と該復号符号系列に対する理想信号系列との誤差に基づき、該２つの誤差の差分に相当する量を算出することによって、各復号符号位置に対し、該符号誤りパターンの発生確率を示す尤度値を算出する演算回路を有すること。
（１３）（１２）で算出された各々の尤度値に対して、当該符号位置およびその前後所定符号長の復号符号値の内容に対応した所定の基準値を選択する回路を有すること。
（１４）（１２）で算出された各々の尤度値と（１３）で選択された所定の基準値とを比較する比較回路と、この比較回路によって該尤度値が該所定の基準値を超えると判定されたとき、該符号誤りパターンに対応する当該の復号符号位置の符号値を反転することにより、第二の復号符号系列を生成し、これを復号結果として出力する符号反転回路を有すること。
以上の特徴を有する符号変換回路を該最尤系列推定回路の後段に備えた信号処理復号回路。
【請求項５】
請求項３乃至４のいずれかにおいて、該演算回路は、該符号誤りパターンに応じて設定されるベクトルパラメータ（有限個数のパラメータ値の組）の各値と入力信号系列の各値との積和演算によるものであること。かつ、該ベクトルパラメータは、所定の記憶回路により保持され、この内容は、外部からの指示信号入力により更新することができること。以上の特徴を有する信号処理回路。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかにおいて、該選択される補正値または基準値の全ての値は、予め所定の記憶回路により保持され、この内容は、外部からの指示信号入力により更新することができること。以上の特徴を有する信号処理復号回路。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれか１つに記載の信号処理復号回路を搭載する集積回路。
【請求項８】
請求項７の集積回路を搭載する情報記憶再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度情報記憶の対するデータ復号再生方法およびこれを実現する記憶情報再生回路・情報記憶再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度情報記憶を実現するにあたっては、記録媒体からの再生信号から記録情報データを高い信頼度で復調することが要求される。磁気ディスク装置などに代表される高密度磁気記録再生装置では、記録密度の高まりとともに再生信号における符号間干渉の増加やSN信号品質の著しい低下が生じることから、高信頼度でのデータ復調が困難なものとなる。このような技術課題を克服するため、パーシャルレスポンス（Partial-Response）等化方式と最尤（Maximum-Likelihood）復号方式を組み合わせたＰＲＭＬ方式が広く用いられており、とりわけ、磁気記録では、パーシャルレスポンス・クラス４およびこの拡張等化方式とビタビ・アルゴリズムなどにより実現される最尤データ復号の組み合わせが、より高密度記録再生に好適な信号処理方式として適用されている。一方、光記録再生装置などでは、パーシャルレスポンス・クラス１、及び、この拡張方式と最尤データ復号の組み合わせが好適なデータ信号処理方式として提案されている。こうしたＰＲＭＬ方式は、再生信号系列がもつ信号電力を有効に利用し、かつ、雑音中の再生信号系列の中から最も確からしいデータ系列を推定する手段を提供するデータ復調技術として広く知られており、半導体技術の進展とともに極めて小型かつ高集積な集積回路として実現され、多くの情報記録再生装置に搭載されて、高密度記録を達成するに有効な効果をもたらしている。係るＰＲＭＬデータ復調方式の原理は、再生信号のもつ波形干渉を再生情報として有効に利用して、再生信号上の雑音に対するデータ復調の信頼性向上を図る点にある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＰＲＭＬデータ復調方式では、復号時の再生信号中の雑音は定常白色雑音であることが仮定されている。換言すると、再生信号中の雑音変動成分は、互いに全く独立ランダムな確率変動であることが仮定されており、かつ、再生信号の何れの個所においても、同一な統計的性質に従うことが前提とされて、最も確からしいデータ系列を復号することを保証している。しかしながら、実際の高密度情報記憶装置からの再生信号では、この雑音変動に対する仮定を維持することは極めて困難である。とりわけ、高密度磁気記憶装置における再生信号では、記録媒体に書き込まれる磁化情報の乱れにより生じる媒体雑音の存在が顕著になる。この場合、記録媒体上の記録磁化状態に依存して、雑音成分が局在するため、再生信号上の雑音の分布は記録磁化パターン（データ系列パターン）に依存して大きく変化し、いわゆる非定常的な雑音分布として捉えられることになる。この結果、前出の雑音成分に対する前提は大きく崩れ、ＰＲＭＬデータ復調方式におけるデータ復号の信頼性は、次第に低下することとなる。
本発明が解決しようとする課題は、このような媒体雑音などのデータパターンに依存して変化する雑音変動成分に対して、ＰＲＭＬデータ復調方式によるデータ復号の信頼性低下をより簡便な方法により補償することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記のようなＰＲＭＬデータ復調方式において、その最尤データ復号（ＭＬ復号）における符号誤り事象の発生は、限られた符号誤りパターンをもつ事象に集中して発生する。これは、最尤データ復号（ＭＬ復号）が、与えられた再生信号系列全体に対して最も誤差の少ない信号系列をとる符号系列を選択することにより復号を行なう復号方法であることに起因するもので、更には、雑音に対する信号系列の識別余裕が、正規のデータ符号系列がもつ再生信号系列と誤りデータ符号系列がもつ再生信号系列との自乗誤差に依存しているためである。すなわち、最尤データ復号において多く発生する符号誤り事象は、自乗誤差の小さくなるような符号誤りパターンを持つ誤り事象であると言える。
本発明では、一旦、最尤データ復号（ＭＬ復号）により復号された復号データ系列の各符号位置に対して、特定の符号誤りパターンが発生しているか否かを再度判定する手段を設ける。最尤データ復号における符号誤りパターンは、再生信号系列がもつ距離構造から予め特定することが可能である。
まず、この判定では、最尤データ復号（ＭＬ復号）に入力された再生信号系列を再度用いて、各データ位置で特定された符号誤りパターン発生の確率尤度を算出する。さらに、最尤データ復号（ＭＬ復号）により復号された復号データ系列から、各判定の前後の位置での符号データパターンを参照して、これに応じて、上述の雑音分布の違いを考慮した確率尤度の補正を行うことにより、特定した符号誤り事象発生の確率尤度の精度向上を図る。
このように、本発明が開示するデータ復調方式では最尤データ復号において問題となる特定の符号誤り事象に注目して、雑音分布の違いによる復号誤りの発生を効率良く、かつ、簡便に補償する手段を提供している。この技術により、従来ＰＲＭＬデータ復調技術に対するより良好なデータ復調を実現できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を実施する情報記録再生系の基本的構成を示している。図に示すように、本実施例の情報記録再生系は、記録信号処理系１、ヘッド・記録媒体系２、再生信号処理系３から構成され、本発明の目的は、信号処理系、特に再生信号処理系３における記録情報再生の信頼性を向上させることにある。本発明によるデータ記録再生方法は、磁気・光・光磁気記録など、様々な記録再生原理に基づくヘッド・記録媒体系２に適用することが可能であるが、ここでは、特に磁気ディスク装置に代表される磁気記録再生系を想定し、実施例を記述する。
本実施例の記録信号処理系１において、記録されるべき元情報を表現する情報符号データ列｛ak｝１a（ｋは、ビット時刻を示す整数）は、符号器４aにより所定の符号変換処理が施された後、変調符号データ列{bk}１bとして出力される。この符号器４aでの符号変換処理（冗長符号の付加）には、１）情報再生時のデータ誤りを検出・訂正するための誤り訂正符号化、２）再生信号からの振幅・タイミング制御情報等の抽出保証、記録再生信号上の直流成分の抑制、あるいは、再生誤りを生じやすい記録符号パターンを事前に排除するなど種々の目的のため記録データ符号列に特定の符号拘束条件を付加する記録変調符号化などがあり、これら符号化の具体的手段は、対象となる情報記録再生系の特性や所望の性能に合わせて選択される。例えば、１）はリードソロモン誤り訂正符号化、２）はランレングス制限符号化やＤＣフリー符号化などの既存技術により代表される。そして、この変調符号データ列{bk}１bは、記録符号データ列{ck}１cとしてパーシャルレスポンス伝送系９（記録再生伝送系）に供給され、記録電流変換処理回路６および記録アンプ３ｂを経て、アナログの記録電流信号１dに変換された後、ヘッド・記録媒体系２に供給されて情報記憶がなされる。
電磁変換系であるヘッド・記録媒体系２では、記録電流信号１dにより記録ヘッド２aから誘起される記録磁界により、この記録ヘッドに対して相対的に移動する記録媒体２c上に磁化情報が順次記録される。記録符号データ列{ck}１cの符号値に対応した２つの記録電流信号１d（即ち、記録磁界）の向きに従い、媒体面上の２方向の磁化状態として、符号情報が記録され、再生時には、この磁化された媒体から漏れ磁界を再生ヘッド２bによりセンスし、電気的な電圧情報に変換して、これを再生信号３aとして出力する。
再生信号処理系３では、読み出された再生信号３aは、再生アンプ７ｂを介して増幅され、入力再生信号の振幅を自動制御する利得制御アンプ、信号のベースラインや低域変動の抑制／補償を行うフィルタ／補償回路、高周波の不要な雑音や信号成分を除く低域フィルタ、あるいは、劣化高域周波数成分を補うための補償回路などからなるアナログ再生信号処理系８aにより波形処理され、この後、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器８bによって、記録符号データ列{ck}１cのビットタイミングで、デジタル値にサンプリングされた離散再生信号列｛dk｝３bへと変換される。（このサンプリングのタイミングは、通常、再生信号３a、または、後段の離散等化再生信号列｛ek｝３cなどから適宜抽出され、ＰＬＬ:Phase-locked Loop制御などの既存技術を用いて自動的に制御される）。
本実施例では、この離散再生信号列｛dk｝から最も効率よく高信頼度なデータ符号へと復調するため、等化器９aを用いて、ヘッド・記録媒体系２からの再生信号３aに整合したパーシャルレスポンス（ＰＲ）波形等化処理を施した後、この等化器９aからの離散等化再生信号列｛ek｝３cを最尤復号器９b（ＭＬ復号器）に入力して、記録符号データ列{ck}１cに対応する復号データ符号列｛fk｝３dを復調・再生する。この等化器９aは、ヘッド・記録媒体系２を中心とする記録電流変換処理回路６からアナログ再生信号処理系８aまでの一連の信号伝送系全体（パーシャルレスポンス伝送系９）が所望のパーシャルレスポンス伝達特性をとるように、その次段において周波数伝達特性を制御・補償する。通常、この等化器９aは、トランスバーサル型の線形フィルタにより構成される。また、伝送系に介在する様々な物理的特性の差異や変動を吸収して、実際の系における伝送特性を所望の特性に安定して維持できるようにデジタルフィルタ信号処理による自動等化フィルタリング技術を用いて等化器フィルタ特性を学習制御する手段がとられる。
このパーシャルレスポンス伝達特性は、ヘッド・記録媒体系２の周波数伝達特性により再生信号３aに生じた波形符号間干渉・歪にできるだけ整合するように、離散等化再生信号列｛ek｝上の有限ビット長内に既知の波形干渉値を付加する波形整形処理により実現される。
古典的な等化器では、再生信号３aに生じた符号間干渉を抑圧・除去することを目的として周波数伝達特性の補償が行われたが、パーシャルレスポンス伝送系９での等化器９aは、既知の符号間干渉を許容する周波数特性補償により、再生信号３aが有する波形により近い狭帯域波形処理を実現し、この等化波形処理の負担を軽減することで、波形補償による雑音の過度の強調を抑えて離散等化再生信号列｛ek｝３cの信号品質を向上させる。
一方、最尤復号器９bでは、等化器９aで付加された既知の符号間干渉量に着目し、これをパーシャルレスポンス伝送系９がもつ記憶要素に起因した伝送符号の冗長情報として利用することにより、ランダム雑音に対してより信頼度の高いデータ復調処理を実現する。これには、通常、ビタビ・アルゴリズムによる最尤データ復号（ＭＬ復号：Maximum-likelihood Detection）が適用され、入力された離散等化再生信号列｛ek｝３cに対して、伝送された確率の最も高いと推定される
記録符号データ列{ck}１cの一候補が、復号データ符号列｛fk｝３dとして選択・出力される。本実施例の記録再生系における上記パーシャルレスポンス伝送系９及び最尤データ復号の過程については、図２を用いて後に詳述するが、以上のようなパーシャルレスポンス伝送系９（ＰＲデータ伝送系）と最尤復号器９b（ＭＬ復号）の組み合わせによるデータ検出技術は、ＰＲＭＬデータ検出方式として知られ、多くの現行記録再生系（特に磁気ディスク装置記録再生系）に適用される公知の技術である。この技術は、例えば、文献“A PRML systems for digital magnetic recording (IEEE Journal of Selected Areas on Communications, vol.10 pp.38-56, Jan.1992)”などに詳細が開示される。
最尤復号器９ｂから出力された復号データ符号列｛fk｝３dは、本発明の特徴であるエラー検出訂正器１０に入力される。このエラー検出訂正器１０については、図３および図４を用いて、さらに詳しく説明されるが、離散等化再生信号列｛ek｝３cと復号データ符号列｛fk｝３dとを参照して、予め設定された所定の符号誤りパターンが復号データ符号列｛fk｝３d中に発生するか否かを検査する機能を有する。符号誤りパターンが検出されると、この検出位置での符号値を反転させることで符号誤りが訂正され、訂正データ符号列{bk}３fが出力される。さらに復調器４bでは、符号器４aと逆の符号変換処理が施され、元の情報符号データ列{ak}１aに対応した再生データ符号列{ak}３gを最終的に復調出力される。
上記の図１の実施例における信号処理過程を詳細に説明するため、各部信号のチャートを図２に示す。この図における記録符号データ列{ck}１cは、記録電流変換処理回路６を介して、２つの符号値{0,1}に対応して２つの方向をとる記録電流信号１dに変換され、これが記録ヘッド２aに供給される。この結果、記録電流信号１dの反転に対応した２方向の記録磁界が移動する記録媒体２c上に印加され、記録符号データ列{ck}１c上の２の符号値に対応した２つの磁化方向からなる記録磁化パターン１eが形成される。この記録符号値と記録磁化方向を対応させるデジタル記録の情報表現は、ＮＲＺ記録として広く知られ、この図の例のように記録磁化方向を記録媒体２ｃの面内方向にとる面内磁気記録方式では、現行のリング型再生ヘッド、または、シールド型の磁気抵抗効果型ヘッド再生ヘッドを用いて、この記録情報を再生する場合、記録磁化パターン１eの磁化反転タイミングで、孤立再生パルス１fが再生される。この孤立再生パルス１fは、ヘッド・媒体間の距離や構造に依存する記録再生系２の周波数伝達特性により時間的広がりをもち、磁化反転の方向に対応して、交互に交播する極性をもつパルスの列（再生信号系列３a）として観測される。この結果、記録密度が高い（ビット時間間隔が狭い）記録磁化パターン１eでは、隣接する孤立再生パルス１ｆの時間的広がりにより波形干渉（符号間干渉）が生じ、再生信号系列３aの信号振幅が著しく低下する。このような符号間干渉による再生信号振幅の低下は、高密度記録再生系において、高信頼度な記録データ復調を行う上でのネックとなる。このため、高密度記録再生系には、パーシャルレスポンス伝送系が適用され、この符号間干渉を許容する波形等化処理が行われる。パーシャルレスポンス伝送系への各ビット時刻インパルス入力に対する出力応答波形が連続するＬビットの時刻にわたり符号間干渉（a0,a1,a2,...,ak,...,aL-1）（ｋは出力ビット時刻を示す整数、akは信号振幅値を示す実数値）を有する因果的応答であるとき、このパーシャルレスポンス伝送系は、
F(D)=a0+a1D+a2D2+...+akDk+...+aL-1DL-1 （Dは１ビット遅延演算子）            （１）
なる伝達多項式で表現される。ここで、Dkはｋビット時刻の信号遅延を表わし、インパルス入力の当該出力ビット時刻に対して、ｋビット遅れた時刻には、符号間干渉による信号akが表れることを示す。
図１の磁気記録再生系において、再生信号系列３aは、所望のアナログ信号処理を経てビットタイミングで離散化された後に、等化器９aにより所定の伝達多項式F(D)で記述される符号間干渉をもつパーシャルレスポンス信号系列へと等化処理され、変換される。このとき、記録再生系から等化器９aの出力までの一連の伝送系は、等価的に（１）式のインパルス応答をもった離散信号値の伝送系と置き換えることができ、その入力である記録電流信号１dは、ＮＲＺ符号データ列｛ck｝１cの各符号値｛0,1｝に対応して２つの極性｛-1,+1｝をとる離散インパルス信号列と置き換えられる。従って、以下の実施例では、このＮＲＺ符号データ列｛ck｝１cの各値は、もとの記録符号情報｛0,1｝に対して、1→+1、0→-1なる対応関係をとる２極性信号値｛-1,+1｝を表すものとする。これにより、等化器９aの出力での離散等化信号系列｛ek｝は、パーシャルレスポンス伝送系のインパルス応答（a0,a1,a2,...,ak,aL-1）とＮＲＺ符号データ列｛ck｝１cの線形畳み込み演算により、以下の関係で示される。
【０００６】
ek= a0ck+a1ck-1+a2ck-2+...+aL-1ck-L+1      （２）
面内磁気記録再生系は、上述のように微分系特性を有することから、これに適合するパーシャルレスポンス伝達多項式F(D)には、デジタル微分因子(1-D)を含み、直流信号成分が零となるようなクラス４タイプのパーシャルレスポンス（ＰＲ４:Partial Response Class-IV）伝送系が選択され、以下の一般式で伝達多項式は表される。
F(D)=(1-D)(a0+a1D+a2D2+...+akDk+...aL-2DL-2)   （３）
特に磁気ディスク装置をはじめとする高密度磁気記録再生系では、（３）式において、L=4、a0=1, a1=2, a2=1となるように付加する符号間干渉量を拡張する拡張クラス４タイプのパーシャルレスポンス（ＥＰＲ４: Extended Partial-Response class-IV）伝送系が広く用いられ、伝達多項式は以下のようになる。
F(D)=(1-D)(1+2D+D2)=(1-D)(1+D)2=1+D-D2-D3  （４）
このとき、等化されたインパルス応答の出力波形のスペクトラムは、
Ｇ(f)=sin(2πf.Tb)cos2(2πf.Tb)       （５）
なる特性（周波数fは、記録ビット周波数1/Tbにて規格化）をとり、（３）式での符号間干渉の付加は、（５）式の因子cos2(2πf.Tb)に対応して、伝送必要帯域1/2Tb近傍の等化波形の必要周波数成分を低減する。この特性は、高密度磁気記録再生系からの再生信号波形がもつ周波数組成をよく近似したものとなり、図２の再生信号系列と等化信号系列に示されるように、両者は近い外形をとる。この結果、等化器９aでの波形処理において、再生波形の高周波成分の補償は大幅に緩和され、これに伴う雑音・歪の増加は抑制されるため、等化器９a出力での信号品質は、データ復調により優位に保たれる。
【０００７】
一方、最尤復号器９aでは、この既知の符号間干渉を有する等化信号系列からデータ復調を行うためにビタビ・アルゴリズムなど演算手法によるデータ検出を行う。記録符号データ列{ck}１cと離散等化信号系列｛ek｝の関係は、（１）式で規定されることから、与えられたパーシャルレスポンス伝送チャネルは、長さＬビットの記憶要素をもつ一種の状態遷移モデルとみなすことができる。そして、最尤復号器９aでは、このパーシャルレスポンス伝送チャネルがもつ記憶性を冗長情報として利用することで、データ復調の信頼性を高めることができる。この最尤復号器９aを実現するためのビタビ・アルゴリズムの原理と手段は、例えば、前出の文献“A PRML systems for digital magnetic recording (IEEE Journal of Selected Areas on Communications, vol.10 pp.38-56, Jan.1992)などに詳しく開示される。
このようなＰＲＭＬデータ検出系からの復号データ符号列｛fk｝では、特定のパターンで符号値が変化する符号誤り事象（エラー事象）の発生頻度が高くなる。この発生頻度は、簡単には、正規データ符号列に対応する復号信号系列と誤りデータ符号列に対応する復号信号系列の間の信号間距離に依存する。この信号間距離が実効的に小さくなるほど、そのエラー事象の発生頻度は高いと予測され、この性質により、発生頻度が偏るエラー事象パターンを、ＰＲデータ伝送系の特性から予め同定し特定することが可能である。本発明の特徴は、この最尤復号器９b（ＭＬ復号）において頻出するエラー事象をより高い精度で検出し、復号データ符号列｛fk｝３dの信頼性を向上させるために、最尤復号器９b（ＭＬ復号）の後段にエラー検出訂正器１０を設ける点にある。このエラー検出訂正器１０により、復号データ符号列｛fk｝３dに発生する特定の符号誤り事象３hを検出し、これを訂正して訂正データ符号列｛bk｝３fを得る。
従来技術においては、最尤復号器９b（ＭＬ復号）は、離散等化再生信号列｛ek｝３cに重畳する外乱が、定常白色雑音によるものであることを前提として、最も信頼性の高い最尤データ系列を選択する。しかしながら、実際の再生信号３aには、ヘッド・記録媒体系２からの様々な要因による外乱が存在し、この前提は成り立たなくなるため、最尤復号器９b（ＭＬ復号）から出力される復号データ符号列｛fk｝３dは、最尤データ系列から外れたものとなる。よって、これを改善するため、復号データ符号列｛fk｝３dの信頼性を再度検査し、より最尤推定に近いデータ系列の結果を得るように復号データ符号列｛fk｝３dを修正するのが、本発明におけるエラー検出訂正器１０の役割である。
【０００８】
以下に、このエラー検出訂正器１０の動作をより詳細に記述する。ここでは、上述の（１）式に記述されたパーシャルレスポンスチャネルを通じ、{…ci,ci+1,ci+2,ci+3,ci+4,ci+5…}なる記録符号データ列{ck}１cを記録再生した結果、離散等化再生信号列｛ek｝３cとして{…yi,yi+1,yi+2,yi+3,yi+4,yi+5…}が観測されたものとする。このとき、各々の再生信号値ｙkは、（１）式で記述された正規信号値ek= a0ck+a1ck-1+a2ck-2+...+aL-1ck-L+1に雑音信号値nkが重畳したものとして観測され、以下の（６）式の関係が成り立つものとする。
yk=ek+nk                      （６）
この再生信号に対して最尤復号器９b（ＭＬ復号）からの復号データ符号列｛fk｝３ｄを、{…f0,f1,f2,f3,f4,f5…}（符号値fk=±1）と記述する。公知の最尤復号器９b（ＭＬ復号）では、この観測された信号系列に{…yi,yi+1,yi+2,yi+3, yi+4,yi+5…}対して、理想的な離散等化再生信号列｛ek｝３cの累積自乗誤差Ldet
Ldet=Σ(yk-ek)2 （ek= a0ck+a1ck-1+a2ck-2+...+aL-1ck-L+1）（７）
を基準として、これが最も小さくなるような記録符号データ列{ck}１cを復号データ符号列｛fk｝３ｄとして選択する。これは、再生信号値ｙkに重畳する雑音系列｛nk｝が定常白色雑音であるという仮定のもとで、正規データである確率の最も高い復号データ符号列｛fk｝を選択することを意味し、このような信号系列間の自乗誤差の評価によるデータ符号列判定を行う最尤復号では、信号間の距離の大小に依存して、前述のように特定符号パターンを有する誤り事象が発生する特徴がある。本実施例では、ビット位置iにおいて予め想定される符号誤り事象を、符号誤りパターンE(i,m)を用いて記述する。
ここで、E(i,m)は、(E(i,m)=(Ei,0,Ei,1,Ei,2…Ei,m)（ｍは誤りビット長）と記述され、Ei,kが0ならばビットci+k位置にビットエラー発生なし、また、Ei,kが+2の時は、正規のビットci+k=+1からfi+k=-1への誤り、Ei,kが-2の時は、正規のビットci+k=-1からfi+k=+1への誤り事象の発生を示すものとする。（即ちEi,k＝ci+k-fi+kなる関係で復号データ符号列｛fk｝３ｄと記録符号データ列{ck}１cの間のエラー事象を記述する。）このような符号誤り事象E(i,m)が仮定されるとき、正規の記録符号データ列{ck}１cに対して、式（１）のチャネル伝達特性で規定される雑音のない場合の理想的な離散等化再生信号系列｛ek｝（ek= a0ck+a1ck-1+a2ck-2+...+aL-1ck-L+1）と、誤りが仮定された復号データ符号列｛fk｝３ｄに対する理想的な離散等化再生信号系列｛e’k｝（e’k= a0fk+a1fk-1+a2fk-2+...+aL-1fk-L+1）から、この誤り事象の発生の確率（尤度値）は、２つの信号系列に対する累積自乗誤差Ldetの差Ｌ(i,m)によって次のように評価することができる。
L(i,m)=Σ(yk-e’k)2 -Σ(yk-ek)2              （８）
上述の式（７）最尤復号条件によれば、復号データ符号列｛fk｝３ｄは、他の如何なるデータ符号系列に対する累積自乗誤差Ldetよりも、小さな累積自乗誤差Ldetをもつことにより選択された結果であるから、このL(i,m)は常に正値をとるが、｛ｙk｝に重畳する雑音により、この大小は変化し、その絶対値が小さいほど、誤り符号パターンE(i,m)によって記述される符号誤り事象が発生している可能性が高くなる。
上述の２つの理想信号系列｛ek｝と｛e'k｝の差信号を{mk=ek-e'k}とするとき、ビット位置iから始まる誤り事象E(i,m)（ビット長m）による信号の違いは、式（１）のパーシャルレスポンスがもつチャネルの長さＬの影響により、ビット位置iからi+(m+L-2)までの長さm+L-1のビット間に現れる。（２つの理想信号系列において、これ以外の部分での差信号はゼロ値となる。このゼロ値部分を除いた長さm+L-1の差信号ベクトル系列を{m0,m1,m2,…m(m+L-2)}とする。）この差信号の自乗距離D=Σmk2が大きいほど、L(i,m)が0に近づく確率は小さくなるから符号誤り事象E(i,m)の発生確率は低くなる。例えば、前述のＥＰＲチャネル（伝達多項式F(D)=1+D-D2-D3）において、代表的な誤り事象としてはE(i,1)=±(+2)、E(i,3)=±(+2,-2,+2)などがあり、差信号ベクトル系列はそれぞれ±(+2,+2,-2,-2)、±(+2,0,-2,+2,0,-2)となり、これらはいずれも自乗距離D=16をとる。
上記の特定の符号誤りパターンE(i,m)を仮定したときの、正規のデータ符号列｛ck｝と誤りデータ符号列｛fk｝の間の最尤判別における尤度値L(i,m)の関係を図式的に表したのが図３である。図３（ａ）に示されるように２つの系列のどちらにより確からしいかを式（８）の基準により判別するとき、正規のデータが｛ck｝である場合、雑音のない理想的な場合の点４０a（値＋Ｄ）を中心として、尤度値L(i,m)の値は雑音により分布４０bのような確率分布での値をとる。一方、正規のデータ系列が{fk}の場合には、点４１a（値―Ｄ）を中心として、尤度値L (i,m)の値は分布４１bのような確率分布をとる。この結果、評価された尤度値L(i,m)の値から、どちらの系列がより正規データである確率が高いかを判定するには、この点４０aと点４１aの中央をしきい値４２として、より近い点のデータ系列を正規データ系列と選ぶのが適切である。通常の公知の最尤データ復号では、この基準にしたがって、復号データが選択されるが、これは、仮定されるデータ系列によらず、信号に重畳する雑音が同様の統計的分布に基づくことを仮定している。即ち、仮定された二つのデータ系列｛ck｝と誤りデータ符号列｛fk｝に対して、重畳する雑音に対して同様の分布が４０bと４１bに仮定されており、この仮定のもとで、最適なしきい値４２が常にこの点４０aと点４１aの中央に設定されている。（このとき、実際に記録された正規のデータが｛ck｝であった場合には、尤度値L(i,m)がしきい値４２以下になるとき、また、正規のデータが｛fk｝であった場合には、尤度値L(i,m)がしきい値４２以上の値をとるときに誤りが発生することになり、復号誤り確率は、図中の斜線部面積に相当する。分布４０bと４１bが同様であるとき、この復号誤り確率を最小にするには、しきい値４２を中央値０に設定される。）
しかしながら、実際の情報記録再生系では、この仮定は多くの場合において成立しない。たとえば磁気記録再生系では、媒体2c上に記録された高密度記録磁化パターンの磁化反転形状がばらつき、また、位置が不確定に乱れることから、いわゆる媒体雑音が発生し、これが、雑音要因の多くをしめるようになる。このような媒体雑音は、記録磁化パターン中の磁化反転（遷移）の数や分布に依存して、統計的分布が変化する磁化パターン依存性をもった振る舞いを有する。したがって、上述のように二つのデータ系列｛ck｝と｛fk｝の間の確からしさを判定する場合、実際には、図３（b）の如く、このデータ系列｛ck｝｛fk｝それぞれの磁化パターンに依存して、L(i,m)の雑音分布４０ｂと４１ｂは異なったものとなり、この仮定の違いが図３(a)に示した従来の最尤データ復号での復号信頼率判定において復号誤り率低下を招くことになる。
【０００９】
本発明実施例でのエラー検出訂正器１０では、この仮定の違いを補正し、最尤データ復号器９bの性能を補うため、仮定するデータ系列｛ck｝と｛fk｝の違いによる、L(i,m)の雑音分布４０ｂと４１ｂの違いを保証する機能を設ける。しきい値４２の値を可変とし、データ系列｛ck｝および｛fk｝を参照しながら、しきい値４３のように最適値に変化させながら、雑音分布のより大きなデータ系列｛ck｝に対する識別余裕を増加させて、データ判別の信頼性を向上させる。
例えば、図３（ｂ）のように、４０ｂと４１ｂの異なる広がりをもつ雑音分布が同様の分布形状と仮定するなら、４０ｂの分布の広がり（標準偏差σ）と４１ｂの分布の広がり（標準偏差σ’）の比σ：σ‘に一致するように、４０ａからしきい値４３までの距離と、４１ａからしきい値までの距離の比（Ｄ+上記しきい値４３の変化量）：（Ｄ-上記しきい値４３の変化量）を設定すれば良い。この雑音分布の大きさの違いは、記録再生系特性により固有である磁化パターンの磁化反転形状のばらつき、位置づれの平均的な大きさと、仮定されるデータ系列｛ck｝と｛fk｝における磁化遷移位置から予め評価することができる。最尤データ復号器９bからの復号データ符号列｛fk｝３ｄの結果をもちいて、その各ビット位置iに発生頻度の高い符号誤り事象E(i,m)を仮定し、そのビット位置ｉの前後の復号データ符号列｛fk｝のパターンを参照することにより、上述の雑音分布の大きさの違い、偏りを評価、修正しながら、式（８）の示すL(i,m)=Σ(yk-e‘k) 2 -Σ(yk-ek)2 を各ビット位置で評価することによって、誤り事象E(i,m)の発生をより高い精度で実現する。
このようなエラー検出訂正器１０は、符号誤り事象E(i,m)をデータ復号信頼性に影響を与えるものだけに限定することによって、極めて簡便に構成される。（１）式で規定されるパーシャルレスポンス伝送系に対して、符号誤り事象E(i,m)を規定し、前述の差信号ベクトル系列が{m0,m1,m2,…m(k+L-2)}が同定されると、（８）式の尤度値L(i,m)は、整合フィルタ原理にしたがって、下記のように表現される。
【００１０】
L(i,m)＝(m0yi+ m1yi+1+ m2yi+2+ m3yi+3+ mk+L-2yi+k+L-2)
+Σ(fi-j+fi+j)(m0mj+m1mj+1+…+mk+L-2-jm k+L-2)
(j=1,2,…,K+L-2)           （９）
図４は、この式（９）に従ったエラー検出訂正器１０の基本的構成を示す図である。初段における整合フィルタ２１は、式（９）の第一項の演算に相当するものであり、最尤復号器９b（ＭＬ復号）に入力された再生信号列｛yk｝に基づいて符号誤り事象E(i,m)発生に対する尤度値L(i,m)を検出するための基本的演算を行っている。等化器９aからの再生信号系列｛yk｝２０ｂは、長さL1=K+L-1のシフトレジスタ２１aに時々刻々蓄えられ、差信号ベクトル系列{m0,m1,m2,…m(k+L-2)}との積和演算が乗算器２１ｃおよび加算器２１ｄにより実行されて、整合フィルタ出力２１eが算出される。次の段の加算器２４は、式（９）の第二項の演算に相当し、最尤データ復号器９ｂからの復号データ符号列3d｛fk｝を長さM1= K+L-1のシフトレジスタ２２に蓄えて、この内容から第２項相当の所定の演算量を演算テーブル２３より選択する。式（９）の第２項は、差信号ベクトル系列{m0,m1,m2,…m(k+L-2)}のみから規定される項であるから、シフトレジスタ２２に保持された復号データ符号の値の組み合わせに対して、予め所定の演算量を用意し、演算テーブル２３に保持することができる。また、エラーパターン照合回路２５は、復号データ符号列｛fk｝の所定の位置に対して、仮定された符号誤りパターンE(i,m)が起こりうるかどうかを検査する。たとえば、複数ビットにわたる符号誤りパターンE(i,m)=(+2,-2)が検査されるとき、復号データ符号列｛fk｝上の符号パターン（+1,+1）や(-1,-1)の箇所にE(i,m)は、発生しえない。エラーパターン照合回路２５は、このような状態をシフトレジスタ２２に保持された復号データ符号列3d｛fk｝の所定の符号位置を参照して検査する。
当該時刻のL(i,m)に対して、規定する符号誤り事象E(i,m)が起こりえないことを検出した場合には、切替器２５bを切り替えてHigh-Valueを出力し、符号誤り事象E(i,m)の発生確率が無限小であることを示す。このようにして、切替器２５ｂから出力されたL(i,m)は、しきい値判定器（比較器）２７により、可変しきい値２６ｂと比較されて、図３（ｂ）示した原理にしたがって、符号誤り事象E(i,m)の発生の有無が検査される。本実施例では、このとき用いられる可変しきい値２６ｂは、しきい値テーブル２６の記録回路に予め記憶されている。本発明が適用される記録再生系の特性にあわせて、適切な可変しきい値２６ｂを予め設定しておき、シフトレジスタ２２に保持された復号データ符号列｛fk｝の規定の場所の符号値を参照して、この可変しきい値２６ｂのひとつを、しきい値テーブル２６出力して、しきい値判定に用いる。この結果、誤り事象E(i,m)が発生していることが検出されると、エラー訂正信号２７aが出力される。このとき、誤り符号位置にあたるシフトレジスタ２２内の符号値は、符号反転回路２８により反転されて符号誤りが訂正され、再びシフトレジスタ２２に保持される。以上のようにして、シフトレジスタ２２に保持された復号データ符号列｛fk｝は、所定の誤り事象E(i,m)が検出されると、直ちに当該の符号値が修正され、シフトレジスタ２２内を順次移動しながら最終的に訂正データ符号列{bk}３fとして出力される。
【００１１】
図５は、エラー検出訂正器１０の第二の構成例を示したものである。本実施例では、尤度値L(i,m)の判定は、固定しきい値判定器（比較器）３１を用いて行われ、これに入力される尤度値L(i,m)２６aの値そのものを加算器３０により補正する。復号データ符号列｛fk｝に依存して変化する雑音分布の補正量は、補正値テーブル２９の記憶内容として予め保持され、図４の実施例と同様に、シフトレジスタ２２に保持された復号データ符号列｛fk｝の規定の場所の符号値を参照して、これに応じて信頼率補正量２９aのひとつを選択して用いる。このような構成では、演算テーブル２３と補正量テーブル２９、および、加算器２４と３０は、それぞれ、同一の記憶回路（レジスタ回路）と加算器により、それぞれ、ひとつの回路でまとめて実現することも可能である。
【００１２】
実際の情報記録再生系では、その記録再生条件やヘッド・記録媒体２の特性などに依存して、再生信号や雑音特性は大きく変化し、また、特定される誤り事象E(i,m)も変化することが予想される。したがって、図６の実施例に示すように可変パラメータをレジスタに保持して、この内容を外部からの指示信号により更新できる構成にすることが望ましい。図６の実施例においては、図４または図５の実施例に示されたしきい値テーブル２６、または、補正量テーブル２９に対して、その内容を書き換えるための外部インタフェイス３３aが設置される。また、検出訂正すべき誤り事象E(i,m)のパターンおよびこれに対応する差信号ベクトル系列{m0,m1,m2,…m(k+L-2)}も外部からのインターフェース３３ｂ、３３ｃを介して，パラメータ設定レジスタ３４a、３４bに保持され、適用条件に応じて変更可能とする構成が実用的である。
【００１３】
これまでに述べた実施例おける情報記録再生装置の回路系、記録信号処理系１および再生信号処理３は、既存の回路技術により、高速・高集積・小型な半導体集積回路として容易に実現することができる。これを、ヘッド・記録媒体系２を有する記録再生装置に搭載することにより、そのデータ復調信頼性を向上させ、より高密度での情報の記録再生を実現することが可能になる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の適用により、ＰＲＭＬ方式による情報記録再生系において、より高信頼度なデータの記録再生を実現することができる。とりわけ、記録データパターンに依存して発生する媒体雑音に対して、従来ＰＲＭＬ方式のデータ復調信頼性を大きく改善することができ、復号信頼性に影響を与える誤り事象のみを選択的に検出することにより、これに対する誤り訂正機能をもった誤り訂正信号処理方式を極めて簡便に実現する手段を提供する。
このような誤り訂正信号処理方式または回路は、従来のＰＲＭＬデータ復調系の構成要素とは、全く独立した処理回路として実現することができる。このような点から、本発明により、従来の記録再生データ復調方式と極めて整合のよい、かつ、簡便なデータ復調手段を提供することができるとともに、これを実施する信号処理回路を高密度情報記録再生装置に搭載することにより、情報の記録密度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施のための記録再生系の概略構成を説明する図。
【図２】本発明記録再生系における信号処理過程を説明するための図。
【図３】本発明における符号誤り事象検出の原理を示す図。
【図４】本発明におけるエラー検出訂正器の第一の構成を示す図。
【図５】本発明におけるエラー検出訂正器の第二の構成を示す図。
【図６】本発明におけるエラー検出訂正器の第三の構成を示す図。
【符号の説明】
１：記録信号処理系、１a：情報符号データ列{ak}、１b：変調符号データ列{bk}、１c：記録符号データ列{ck}、１d：記録信号、１e：記録磁化パターン、２：ヘッド・記録媒体系、２a：記録ヘッド、２b：再生ヘッド、２c：記録媒体、３：再生信号処理系、３a：再生信号、３b：離散再生信号列{dk}、３c：離散等化再生信号列{ek}、３d：復号データ符号列{fk}、３f：訂正データ符号列{bk}、３g：再生データ符号列{ak}、４ａ：符号器、４b：復調器、６：記録電流変換処理回路、７a：記録アンプ、７b：再生アンプ、８a：アナログ再生信号処理系、８b：アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、９：パーシャルレスポンス伝送系、９a：等化器、９b：最尤復号器、１０：エラー検出訂正器、２０ｂ：再生信号系列｛yk｝、２１：整合フィルタ、２１a：シフトレジスタ、２１b：記憶要素、２１c：乗算器、２１ｄ：加算器、２１e:整合フィルタ出力、２２：シフトレジスタ、２２a：記憶要素、２３：演算テーブル、２４：加算器、２５：エラーパターン照合回路、２５b：切替器、２６：しきい値テーブル、２６a：誤り信頼率出力、２６ｂ：可変しきい値、２７：しきい値判定器（比較器）、２７a：エラー訂正信号、２８：符号反転回路、２９：補正値テーブル、２９a：信頼率補正量、３０：加算器、３１：固定しきい値判定器（比較器）、３３a、３３b、３３c：外部インタフェイス、３４a、３４b：パラメータ設定レジスタ、４０a、４１a：理想的な信頼度、４０b、４１b：雑音による信頼度確率分布、４２、４３：しきい値。
【図１】
0004695814.tif 000002
【図２】
0004695814.tif 000003
【図３】
0004695814.tif 000004
【図４】
0004695814.tif 000005
【図５】
0004695814.tif 000006
【図６】
0004695814.tif 000007