CN1299292C - 记录和再现设备、信号解码电路、纠错方法及迭代解码器 - Google Patents

Abstract

一种具有无ECC纠错功能的记录和再现设备，包括：产生指示读取信号的消失的擦除标记的擦除检测器；和具有两个软输入/软输出(SISO)解码器，即，一个内解码器和一个外解码器的迭代解码器，迭代解码器通过把擦除标记(e_k)输入内解码器(84)，并在内解码器中执行擦除补偿，校正所述擦除。在内解码器中进行擦除补偿的情况下，当擦除标记为ON时，掩蔽通道信息。在迭代解码器内检测归因于介质缺陷的数据擦除，并且第二擦除标记被输入内解码器中，以便在内解码器中执行擦除补偿。

Description

记录和再现设备、信号解码电路、纠错方法及迭代解码器

技术领域

本发明涉及由磁盘、光盘、磁光盘等再现信号，并在通信设备中对信号解码的记录和再现设备、信号解码电路、纠错方法及迭代解码器。本发明特别涉及具有基于迭代解码方法的纠错功能的记录和再现设备、信号解码电路、纠错方法和迭代解码器。

背景技术

迄今为止，记录和再现设备已具有强大的无错再现记录信号的纠错功能。在设备采用这种纠错功能之前，不可能确保由包括噪声的不稳定信号解码得到记录的信号。近年来，主要借助称为“PRML”(部分响应最大似然)和“ECC”(纠错码)的两种系统的结合，实现记录和再现设备的纠错。PRML(部分响应最大似然)是一种把记录信道看作是具有码间干扰，并且通常利用Viterbi检测器执行最大似然检测的系统。ECC(纠错码)是用于校正不能被Viterbi检测器纠正的错误的系统。通常，Reed-Solomon码被用作ECC。在许多文献中，例如“S.Lin和D.J.Costello，Jr.，Error control coding：fundamentalsand applications，Prentice-Hall，1983”中给出了和Viterbi检测器及Reed-Solomon码相关的一般性说明。

图1是磁盘驱动器的方框图，磁盘驱动器是记录和再现设备的典型例子。磁盘驱动器由硬盘控制器(HDC)200、读取通道(RDC)202和磁头IC 204组成。首先，HDC 200中的CRC编码器206和ECC编码器208把奇偶校验添加到记录数据中。CRC(循环冗余检验)码用于检测ECC的错误校正。接着，RDC 202通过编码器210、写前补偿器212和驱动器214，把记录数据传输给磁头IC 204中的驱动器216。编码器210采用RLL码等来稳定定时恢复系统。另外，写前补偿器212执行稍微加宽磁性转变距离的补偿处理。最后，磁头IC 204的驱动器216产生将施加给写入磁头的写入电流。另一方面，来自读取磁头的模拟信号被磁头IC 204中的前置放大器218放大，随后被传输给RDC 202。在PRC 202中，通过热粗糙度检测器220、可变增益放大器(VGA)222、低通滤波器(LPF)224和模-数转换器(ADC)226，模拟信号被转换成数字信号。随后，FIR滤波器228均衡数字信号的波形，解码器230对最后得到的数字信号进行Viterbi解码。注意RDC 202具有控制对信号采样的计时的PLL 232和控制可变增益放大器222的增益的自动增益控制器(AGC)234。RDC 202得到的解码结果被返回给HDC 200。在HDC 200中，ECC解码器236校正最后得到的信号的错误，CRC解码器238对信号执行检查处理，信号转变成再现数据。

近来的磁盘设备采用MR(磁阻)磁头作为读取磁头。由于MR磁头仅仅飞离磁盘介质表面30-50纳米，因此MR磁头经常接触或碰撞磁盘表面的突起或类似物。

当发生接触或碰撞时，电阻值随着磁头温度的升高而升高。归因于此，如图2A中所示，再现信号E1的直流电平变化极大。该现象被称为热粗糙现象或TA现象。当发生TA现象时，具有高幅值的信号被输入设备中，到现在为止一直稳定工作的AGC电路和PLL电路受到该信号的不利影响。为防止这一点，通常基于固定的阈值±Th检测TA现象，并且如图2B中所示，产生用作擦除标记的检测信号E2，只有当信号E1超过阈值时，才打开检测信号E2。当擦除标记被开启时，固定PLL电路232和AGC 234的操作。从而，如图2C中所示，读取信号转变成具有在阈值±Th之间的范围的信号E3。另外，为了使TA现象的影响降至最小，提出了向TA检测电路220提供高通滤波器(HPF)的性能的方法(如美国专利No.5233482和6226136的说明书附图中公开的一样)。在这些情况下，如图3A-3C中所示，能够更快地使磁头的输出返回初始水平。由于发生TA现象时，即擦除标记被开启时，不能观测初始读取信号，该时段可被看作处于输入数据消失的状态。Viterbi解码器不能恢复消失较长时间的数据。为此，这种数据消失的校正通常依赖于ECC。ECC可校正一定长度的丢失数据。此外，如图1中所示，通过参考擦除标记，能够提高ECC的纠错能力。但是，随着磁盘主轴电动机转速的增大，TA长度增大。即使在TA检测器220中采用HPF，TA长度也变得大到好几十字节。与增大的TA长度相应，ECC的奇偶校验长度不可避免要增大，从而不利地降低了设备的记录容量。在这方面，美国专利No.5701314、5875199等的说明书附图中公开了把擦除标记输入ECC，并校正擦除数据的方法。另外，例如在美国专利No.5714262、4852099等的说明书附图中公开了借助ECC的擦除校正的各种修改。诸如TA现象之类的擦除现象并不局限于磁盘。由于介质缺陷、瑕疵、灰尘等的缘故，甚至对于磁光盘也可发生类似的现象。于是，为了防止这种现象的发生，和磁盘的情况一样，磁光盘基于阈值处理检测数据擦除，并执行固定AGC和PLL的操作的处理。同样地，ECC执行擦除校正。

除了TA现象之外，还存在导致读取信号消失的介质缺陷。图4表示检测到50％的信号衰减因子时，再现信号的一个例子。由箭头指出的间隔是缺陷间隔260。如图4所示，信号发生衰减。难以借助简单的阈值处理检测这样的缺陷。通常，通过预先检查取出长缺陷，并且随后用正常扇区替换有缺陷的部分。但是，短缺陷未被替换。另外，还存在随着时间的过去，产生新缺陷的情况。于是，需要采用对这样的缺陷坚固耐用的解码方法。

近年来，作为替代PMRL方法的新编码及解码方法，提出了快速(turbo)编码，低密度奇偶校验码或LDPC等等。由于这些系统借助迭代计算进行解码，因此把这些方法通称为“迭代解码方法”。美国专利No.5446747的说明书附图中公开的快速编码是一种典型的迭代解码方法。快速编码是一种并行串联编码，其中通过随机交错器(interleaver)，使两个递归系统卷积码(RSC码)相互连接。快速编码利用两个软输入/软输出解码器，借助迭代计算执行解码。虽然是在通信领域中设计出快速编码，但是在T.Souvignier等的文献“TurboDecoding for PR4：Parallel Versus Serial Concatenation”(Proc.IEEEInt.Conf.on Communications，pp.1638-1642，1999)中公开了在记录和再现系统中，把快速编码应用于PR通道的若干系统。

如果快速编码被应用于PR信道，则使用其中两个组成编码器240和244通过如图5A中所示由π标识的随机交错器(interleaver)242串联连接的结构。这里，接近该信道的组成编码器244被称为内编码器，另一组成编码器240被称为外编码器。实际上，就PR信道而论，信道可被看作卷积编码器，从而不需要提供内编码器244。但是，为了提供递归系统卷积码，有时采用称为预编码器的辅助编码器。另一方面，采用两个递归系统卷积(RSC)的，以及使用一个递归系统卷积码(RSC)的各种编码器已被用作外编码器240。此外，存在采用由R.G.Gallager的文献“Low-Density Parity-Check Codes”(Cambridge，MA：MIT Press，1963)公开的低密度奇偶校验码(LDPC)，以及由R.M.Pyndiah的文献“Near-optimum decoding ofproduct codes：block turbo codes”(IEEE Trans.onCommunications，46-8，pp.1003-1010，1998)公开的快速乘积码(TPC)的情况。迭代解码器由如图5B中所示的，称为内解码器246和外解码器250的两个组成解码器构成。内解码器246执行与图5A中所示的内编码器244的编码相对应的解码，外解码器250执行与图5A中所示的外编码器240的编码相对应的解码。内解码器有时被称为通道解码器。迭代解码方法的特征在于执行MAP或者说最大后验概率解码。为此，两个组成解码器都是SISO或者说软输入/软输出解码器。SISO解码器并不仅仅输出诸如“0”或“1”之类的硬判定，而是输出诸如0.4或0.9之类的可靠性信息。

内编码器246计算在给出读信号序列y_k(k＝1～N)时的信息符号x_k的后验概率。后验概率由概率的对数似然比表示，如下所示：

$\mathrm{\Λ}\left(x_k\right)=\ln \frac{P(x_k=1|y_1^N)}{P(x_k=0|y_1^N)}---\left(1\right)$

在等式(1)中， $y_1^N=\{y_1,y_2,\·\·\·y_N\}.$ 另一方面，以对数似然比的形式，把在解码前获得的先验信息Λa(x_k)输入内解码器246中。内解码器246根据该先验信息Λa(x_k)和读取信号y_k，计算由等式(1)表述的后验概率。另外，如下述等式(2)所示，内解码器246通过从后验概率中减去先验信息，输出非本征信息：

Λ_e(x_k)＝Λ(x_k)-Λ_a(x_k)                                 (2)

该非本征信息Λ_a(x_k)被传送给另一编码器。下面将参考图5B说明解码程序。读取信号y_k首先被输入内解码器246。内解码器246根据读取信号序列y_k和从外解码器250输出的先验信息Λ_a(x_k)，计算并输出非本征信息Λ_e(x_k)。在外解码器250，通过由π^-1表示的解交错器248，非本征信息Λ_e(x_k)被转变成先验信息Λ_a(x_k′)。外解码器250输出信息序列的后验概率Λ(u_k)和非本征信息Λ_e(x_k′)。通过由π标识的交错器252，非本征信息Λ_e(x_k′)再次被用作内解码器246的先验信息Λ_a(x_k)。在该处理反复预定次数之后，外解码器250输出的后验概率Λ(u_k)受到比较器254的阈值处理，从而完成解码。对于诸如卷积码之类由状态转变确定的代码来说，软输入/软输出(SISO)解码的一种专用计算方法是BCJR算法。通常，内解码器和外解码器都采用BCJR算法。如果LDPC码被用作外编码器，则外解码器以信念传播算法为基础。在L.R.Bahl等的著作“Optimal decoding of linear codes for minimizing symbolerror rate”，IEEE Trans.Inform.Theory，Vol.20，pp.248-287，1974中详细说明了BCJR算法。另外，在Z.Wu的著作“Coding and iterativedetection for magnetic recording channels”，Kluwer AcademicPublishers，2000中给出了迭代解码方法的一般说明。上面陈述的迭代解码方法具有比PRML解码方法高的纠错能力，并且有可能成为有前途的下一代编码方法。

尽管表现出比传统PRML解码方法高得多的纠错能力，但是上面陈述的迭代解码方法的ECC效率较低。这是因为几乎所有的错误都被迭代解码校正，很少留下可被ECC校正的错误。实际上，在迭代解码方法的情况下，增加ECC带来的SN改进低到不超过0.5dB。因此，尽管在添加ECC之前，迭代解码方法具有比传统的PRML解码方法高的SN改进，但是，在添加ECC之后，在SN改进方面，迭代解码方法和PRML解码方法间的差别很小。如果EC的效应较低，则除去ECC不会降低迭代解码方法的纠错能力。相反，通过除去ECC，消除了由于添加ECC而产生的损耗，因此有利地提高了所需的S/N比。但是，如果ECC被除去，迭代解码方法不能校正由TA现象等引起的长擦除。从而，即使通常只期望较低的S/N改进，也必须结合迭代解码方法和ECC，以便校正由TA现象等引起的擦除。

发明内容

根据本发明，提供了记录和再现设备，信号解码电路，纠错方法和能够基于迭代解码方法，在解码器中校正擦除数据的无ECC迭代解码器。

本发明提供了在不使用ECC的情况下，具有纠错功能的记录和再现设备，其特征在于包括：产生指示读取信号的擦除的擦除标记(第一擦除标记)的擦除检测器(第一擦除检测器)；具有两个软输入/软输出(SISO)解码器，即，一个内解码器和一个外解码器的迭代解码器82，迭代解码器通过把擦除标记e_k输入内解码器，并在内解码器中执行擦除补偿，校正读取信号的擦除。这里，在内解码器中进行擦除补偿的情况下，当擦除标记为ON时，掩蔽通道信息。可看出，根据本发明，由于ECC是不必要的，因此能够借助迭代解码方法增大设备的记录容量，增大的数量和ECC的奇偶校验一样多，或者增大要添加的奇偶校验的数目，从而进一步提高纠错能力。

擦除检测器检测热粗糙(TA)，并产生指出读取信号的擦除的擦除标记。内解码器是基于BCJR(Bahl-Cocke-Jeinek-Raviv)解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果擦除标记e_k为ON，则可在内解码器中用0掩蔽通道信息Λ_c(y_k)。内解码器是基于BCJR(Bahl-Cocke-Jeinek-Raviv)解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果擦除标记为ON，则在内解码器中可用1掩蔽通道信息的指数值。内解码器是基于对数最大后验概率(LogMAP)解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。内解码器是基于近似的对数最大后验概率(MaxLogMAP)解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果擦除标记为ON，则在内解码器中可用0掩蔽通道信息。内解码器是基于软输出Viterbi算法(SOVA)解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果擦除标记为ON，则在内解码器中可用0掩蔽通道信息。擦除检测器使擦除标记的上升沿向前扩展预定数目的二进制位。另外，擦除检测器使擦除标记的下降沿向后扩展预定数目的二进制位。这样，降低了读取信号的DC分量的改变对擦除标记的上升沿或下降沿的影响。

根据本发明，迭代解码器补偿由介质缺陷引起的读取信号的消失。因此，根据本发明的记录和再现设备的特征在于在迭代解码器中配置产生指示读取信号的消失的第二擦除标记的第二擦除检测器；并且第一擦除标记和第二擦除检测器的第二擦除标记的逻辑和被输入内解码器。这里，第二擦除检测器通过检查RLL约束条件的违反，产生第二擦除标记。另外，只有当RLL约束条件的违反次数等于或高于预定数目时，第二擦除检测器才产生第二擦除标记。可看出，通过构成迭代解码器，使第二擦除检测器设置在迭代解码器中，并且通过检测缺陷，产生擦除标记，甚至可把擦除补偿处理应用于缺陷，并实现能够免除ECC并对应于所有消失因素的记录和再现设备。

本发明提供一种信号解码电路，其特征在于包括：产生指示读取信号的消失的擦除标记的擦除检测器；和具有两个软输入/软输出解码器，即一个内解码器和一个外解码器的迭代解码器，迭代解码器通过把擦除标记输入内解码器，并在内解码器中执行擦除补偿，校正读取信号的擦除。信号解码电路的细节与记录和再现设备的细节相同。

本发明提供一种利用包括两个软输入/软输出解码器，即一个内解码器和一个外解码器的迭代解码器译解读取信号的无ECC纠错方法，其特征在于包括下述步骤：产生指示读取数据的消失的擦除标记；把擦除标记输入内解码器，在内解码器中执行擦除补偿，从而校正擦除。这种纠错方法的细节与设备的结构细节相同。

另外，本发明还提供了一种具有无ECC纠错功能的读取通道，其特征在于包括：产生指示读取信号的消失的擦除标记的擦除检测器；具有两个软输入/软输出解码器，即一个内解码器和一个外解码器的迭代解码器，迭代解码器通过把擦除标记输入内解码器，并在内解码器中执行擦除补偿，校正读取信号的消失。

此外，本发明提供一种迭代解码器，其特征在于包括两个软输入/软输出解码器，即一个内解码器和一个外解码器，把指示读取信号的消失的外部擦除标记输入内解码器，在内解码器中执行擦除补偿，从而校正丢失的数据。读取通道及迭代解码器的细节和记录和再现设备中的那些细节相同。

参考附图，根据下述详细说明，本发明的上述及其它目的，特征和优点将更加明显。

附图说明

图1A和1B是分别采用PRML方法的传统记录和再现系统的方框图；

图2A-2C是当产生TA现象时，磁头输出信号的时间图，检测TA现象产生的擦除标记的时间图，以及执行阈值处理后，放大器输出信号的时间图；

图3A-3C是当产生TA现象时，高通滤波器抑制变化时，磁头输出信号的时间图，检测TA现象产生的擦除标记的时间图，以及执行阈值处理后，放大器输出信号的时间图；

图4是当产生缺陷时，磁盘设备的回读波形的说明图；

图5A和5B是表示需要ECC的迭代解码方法采用的传统编码器和传统解码器的基本结构的方框图；

图6是采用本发明的硬盘驱动器的方框图；

图7A和7B是不需要ECC的图6中所示的硬盘驱动器的记录和再现系统的方框图；

图8A和8B是根据本发明应用于图7A和7B中所示的迭代解码的编码器和解码器的基本结构的方框图；

图9是图8B中所示的解码器实施的BCJR解码方法的流程图；

图10是根据本发明的路径量度计算方法的流程图；

图11是根据本发明的分支量度计算电路的方框图；

图12A和12B是根据本发明，采用LDPC码的编码器和解码器的

具体实施例的方框图；

图13是根据本发明的，同样补偿因介质缺陷引起的数据消失的迭代解码器的基本结构的方框图；

图14A和14B是图13中所示的迭代解码器中的缺陷检测的流程图；

图15A和15B是表示根据本发明的，基于图13中所示基本结构的迭代解码器的具体实施例的方框图，同时还表示了编码器。

具体实施方式

图6是采用本发明的硬盘驱动器的方框图。硬盘驱动器包括SCSI控制器10，驱动控制器12及磁盘盒14。不必说，磁盘驱动器和主机间的接口并不局限于SCSI控制器10，也可使用适当的接口控制器。SCSI控制器10配有MCU(主控制器)16，采用DRAM或SRAM作为控制存储器的存储器18，使用诸如快速存储器之类的非易失性存储器存储控制程序的程序存储器20，硬盘控制器(HDC)22和数据缓冲器24。SCSI控制器10的硬盘控制器22通常配有格式化程序和ECC处理部分。由于本发明可省却ECC，因此硬盘控制器22并未配有与ECC相关的部分。

图7A和7B表示了图6中所示的硬盘驱动器中，根据本发明的记录和再现系统的结构。磁盘设备的记录和再现系统由硬盘控制器(HDC)22、读取通道(RDC)30和磁头IC 34组成。首先，在HDC22中，CRC编码器208把奇偶校验添加到记录数据中。根据本发明，由于ECC不是必需的，因此没有配置任何ECC编码器。接下来，在RDC 30中，记录数据通过迭代编码器46、写前补偿器48和驱动器50，并被传输给磁头IC 34的驱动器52。编码器46采用RLL码等来稳定PLL进行的时钟恢复。另外，写前补偿器48执行稍微增大磁性转变距离的补偿处理。最后，在磁头IC 34中，驱动器52产生将施加给记录磁头的写入电流，以便记录数据能够被记录在磁盘上。另一方面，在再现过程中，首先，磁头IC 34中的前置放大器43放大MR磁头提供的模拟电压，随后把放大后的模拟电压送给RDC 30。在RDC 30中，热粗糙度检测部分56进行检测处理，随后，通过可变增益放大器(VGA)58、低通滤波器(LPF)60和AD转换器(ADC)62，模拟电压被转换成数字信号。接下来，FIR滤波器64进行波形均衡处理等等，随后解码器66基于迭代解码方法，进行迭代解码。在RDC 30中，还配置有控制对信号采样的计时的PLL 68和控制可变增益放大器58的增益的自动增益控制器(AGC)70。RDC 30的解码结果被返回给HDC 22，由CRC解码器72进行检查处理，并被解码为再现数据。另外，由于本发明不需要ECC，因此HDC 22没有配置ECC解码器。此外，根据本发明，从TA检测器56输出的擦除标记被输入解码器66，解码器66校正消失的数据。因此，能够实现无ECC的结构。记录数据仅仅通过CRC编码器44，就被传输给RDC中的编码器46，并且解码器66的输出被直接传输给CRC解码器72。

图8A表示了根据本发明的编码器的基本结构。图8B表示了根据本发明的解码器的基本结构。在图8A中，通过串联连接外编码器74和内编码器78构成编码器46。这里，由于PR通道可被看作是卷积编码器，因此不需要提供内编码器78。除了记录数据不包括ECC之外，编码器46与图5A中所示的编码器基本相同。如图8B中所示的根据本发明的解码器66由擦除检测器80和迭代解码器82构成。擦除检测器80检测由TA现象等引起的数据擦除，并输出指示消失的二进制位的位置的擦除标记信号。迭代解码器82由两个软输入/软输出(SISO)解码器，即内解码器84和外解码器86组成。内解码器84接收擦除标记信号E10，并在掩蔽对应于丢失的二进制位的通道信息的同时，进行解码计算。在内解码器84和外解码器86进行预定次数的迭代解码之后，比较器88进行阈值处理，产生并输出解码数据。在本例中，擦除检测器80被布置在迭代解码器82之外。另一方面，擦除检测器80可布置在迭代解码器82之内。另外，存在比较器88不进行任何阈值处理的情况。此外，图8A和8B中所示的迭代解码器82的结构只包括其重要的部件。实际上，在所示构成元件之间，还配置有除图中所示构成元件之外的其它模块。例如，通常在内解码器84和外解码器86之间插入随机交错器。

下面，将说明根据本发明的内解码器84掩蔽通道信息，以便校正数据擦除的具体处理。首先，详细说明内解码器84执行的BCJR解码程序。类似于已经展示并说明的图5B，内解码器84利用来自通道的读取信号序列y_k和来自外解码器86的先验信息Λa(x_k)，计算非本征信息Λe(x_k)。这里考虑表述代码的状态转变的格子(trellis)。根据下述公式，由读取信号y_k和与某一状态转变相关的理想信号m_k，得到通道信息Λc(y_k)。

${\mathrm{\Λ}}_c=\left(y_k\right)=-\frac{1}{{2\mathrm{\σ}}^2}{(y_k-m_k)}^2---\left(3\right)$

这里σ²是噪声方差。接下来，如下得到状态转变S_k-1→S_k的分支量度：

y_k(S_k-1，S_k)＝exp{x_kΛ_a(x_k)}exp{Λ_c(y_k)}                (4)

此外，如下所示借助正向递归计算，得到α_k(S_k)：

${\mathrm{\α}}_k=\left(S_k\right)=\underset{S_{k-1}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right){\mathrm{\γ}}_k(S_{k-1},S_k)---\left(5\right)$

如下所示借助反向递归计算，得到β_k-1(S_k-1)

${\mathrm{\β}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)=\underset{S_k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\β}}_k\left(S_k\right){\mathrm{\γ}}_k(S_{k-1},S_k)---\left(6\right)$

如果初始状态和结束状态分别被假定为状态0，则端点条件如下所示：

利用α、β和γ，根据下述公式计算后验概率Λ(x_k)：

$\mathrm{\Λ}\left(x_k\right)=\ln \frac{\underset{S_1}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right){\mathrm{\γ}}_k(S_{k-1},S_k){\mathrm{\β}}_k\left(S_k\right)}{\underset{S_0}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\α}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right){\mathrm{\γ}}_k(S_{k-1},S_k){\mathrm{\β}}_k\left(S_k\right)}---\left(8\right)$

公式中，S₁表示与x_k＝1相关的所有状态转变，S₀表示与x_k＝0相关的所有状态转变。

最后，从后验概率Λ(x_k)中减去先验信息Λ_a(x_k)，如下所示得到非本征信息Λ_e(x_k)：

Λ_e(x_k)＝Λ(x_k)-Λ_a(x_k)                                (9)

图9是表示图8B中所示的内解码器84中的计算程序的流程图。首先，在步骤S1中，根据等式(3)和(4)，计算γ_k(S_k-1，S_k)。随后，在步骤S2中，根据等式(5)，得到α_k(S_k)，并在步骤S3中，根据等式(6)，得到β_k(S_k)。最后，在步骤S4中，根据等式(8)和(9)，得到Λ(x_k)和Λ_e(x_k)。另一方面，为了降低内解码器84中的计算复杂性，提出了一种在对数域中计算BCJR算法的LogMAP解码方法。根据LogMAP解码方法，分别用下述公式(10)-(14)代替公式(4)-(8)，但是计算程序相同：

γ_k(S_k-1，S_k)＝x_kΛ_a(x_k)+Λ_c(y_k)                       (10)

${\mathrm{\α}}_k\left(S_k\right)=\underset{S_{k-1}}{\max }*[{\mathrm{\α}}_{k-1}\left(S_k\right)+{\mathrm{\γ}}_k(S_{k-1},S_k)]---\left(11\right)$

${\mathrm{\β}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)=\underset{S_{k-1}}{\max }*[{\mathrm{\β}}_k\left(S_k\right)+{\mathrm{\γ}}_k(S_{k-1},S_k)]---\left(12\right)$

$\mathrm{\Λ}\left(x_k\right)=\underset{S_1}{\max }*[{\mathrm{\α}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\mathrm{\γ}}_k(S_{k-1},S_k)+{\mathrm{\β}}_k\left(S_k\right)]$

$-\underset{S_0}{\max }*[{\mathrm{\α}}_{k-1}\left(S_{k-1}\right)+{\mathrm{\γ}}_k(S_{k-1},S_k)+{\mathrm{\β}}_k\left(S_k\right)]$

                                                       (14)

这里，max*(a，b)＝max(a，b)+1n{1+exp(-|b-a|)}          (15)

此外，提出了使公式(15)近似为下述公式(16)，以便进一步减少计算量的Max-LogMAP解码方法。

max*(a，b)≈max(a，b)                                  (16)

另外，J.Hagenauer和P.Hoeher的著作“A Viterbi algorithm withsoft-decision outputs and its applications”，IEEE GlobeCom，pp.1680-86，1989年，及M.C.Valent的著作“iterative detection anddecoding for wireless communications”，Ph.D.Dissertation.VirginiaTech.，1999年7月<http://www.cs.wvu.edu/-mvalenti/pubs.html>等公开了在常规Viterbi解码过程中，计算后验概率的SOVA(软输出Viterbi算法)。

根据本发明用于校正丢失数据的解码方法是用下述公式代替根据BCJR解码方法的公式(3)中的算述运算：

这里e_k是擦除标记。

即，如果擦除标记e_k为ON，通道信息Λ_c(y_k)被设定为0。如果擦除标记e_k为OFF，如前计算通道信息Λ_c(y_k)。

图10是表示根据本发明的BCJR解码方法计算分支量度γ_k(S_k-1，S_k)，以便校正丢失的数据的计算程序的流程图。在步骤S1中，检查擦除标记e_k。如果擦除标记e_k为ON，在步骤S2中，通道信息Λ_c(y_k)被设定为0(Λ_c(y_k)＝0)。如果擦除标记e_k为OFF，则在步骤S3中，计算通道信息Λ_c(y_k)。在步骤S4中，得到分支量度γ_k(S_k-1，S_k)。

如果通道信息Λ_c(y_k)为0(Λ_c(y_k)＝0)，则exp{Λ_c(y_k)}＝1。因此，公式(4)的第二项被如下替换：

检查擦除标记e_k，并把通道信息Λ_c(y_k)设置为0，如果擦除标记e_k为ON，意味着只利用在数据消失过程中的先验信息Λ_a(x_k)，计算公式(4)中的分支量度γ_k(S_k-1，S_k)。LogMAP解码方法和Max-LogMAP解码方法都可共同采用公式(17)。上述情况也适用于SOVA(软输出算法)。SOVA方法是Viterbi解码方法的扩展方法，以便产生软输出。BCRJ解码方法和SOVA解码方法之间的差别如所述。按照BCRJ解码方法，根据所有可能的路径(状态转变序列)，获得后验概率。按照SOVA解码方法，只根据一部分路径，获得后验概率。因此，尽管性能次于BCJR解码方法，但是SOVA解码方法的计算量较小。虽然SOVA解码方法在路径选择方法方面不同于BCJR解码方法，但是这两种方法是基本相同的SISO解码方法。于是，按照SOVA解码方法，和BCJR解码方法的情况一样，根据公式(3)和(4)或公式(10)，计算每个状态转变的分支量度。根据本发明的公式(17)可照原样应用于SOVA解码方法。通过这样构成解码器，能够根据没有丢失的其它二进制位，准确地恢复丢失的二进制位。

图11表示了图8B中所示的内解码器84中的分支量度计算电路的一个例子。减法器118获得信号y_k和理想信号m_k之间的差值。查找表(LUT)120根据公式(3)，由y_k-m_k得到通道信息Λ_c(x_k)。选择器122根据擦除标记e_k，选择查找表120的输出或者0。选择器124根据x_k，选择先验信息Λ_a(x_k)或0。加法器126计算选择器122输出和选择器124输出的总和，从而输出分支量度γ_k。在图11中，简单地涉及到擦除标记。从图2A-2C和图3A-3C可看出，在擦除标记从OFF改变为ON之前，以及在擦除标记从ON改变为OFF之后，读取信号的DC分量发生极大的改变。因此，通过提前擦除标记的上升沿，或者使擦除标记的上升沿保持一段时间，能够减轻读取信号DC分量变化的影响。可通过缓冲并相对延迟读取信号，实现上升沿的提前。

图12A和12B分别表示了LDPC码被用作外码时，编码器和解码器的具体例子。图12A表示了图7A和7B中所示的编码器46的具体例子。编码器46由MTR编码器92和LDPC编码器96构成。记录数据首先被MTR编码器90编码，并且编码数据由转换器92进行1/(1+D)转换。接下来，使所得到的数据通过随机交错器94，并且随后由LDPC编码器96生成奇偶校验位。由于奇偶校验位并不满足MTR(最大转变行程)约束，因此保护插入器(guard inserter)98定期地把0插入奇偶校验串中。另一方面，取代0，可把1插入奇偶校验串中，以便仅仅满足RLL约束。保护插入结果被添加到转换器92的输出中，并被记录在PR通道上。由于PR通道被用作内编码器，因此没有专门提供内编码器。于是，图12A中所示的整个编码器起外编码器的作用。另外，在图8A中，在外编码器74之后，配置有随机交错器76。在本实施例中，随机交错器94安装在外编码器中。本实施例中的交错器不仅具有在图8A中所示外编码器74之后配置的交错器的相同优点，而且还具有MTR约束条件不被交错器破坏的优点。要注意的是由于在LDPC编码器90中采用的奇偶校验检查矩阵本身具有随机特性，因此常常省略随机交错器。图12B中所示的解码器66主要由基于Max-LogMAP方法的通道解码器(内解码器)100和基于进行LDPC解码的信念传播方法的外编码器106组成。擦除标记e_k被输入通道解码器100中，执行根据本发明的擦除校正。在通道解码器100的输出内，使信息符号部分通过由π标示的随机交错器102，并使其奇偶校验部分通过由G^-1标示的保护位删除部分104，并输入外解码器106中。另一方面，在外解码器106的非本征信息输出内，使非本征信息输出的信息符号部分及奇偶校验部分分别通过由π^-1标示的解交错器108，和由G标示的保护插入器110，返回通道解码器100。在预定次数的迭代之后，借助比较器112的阈值处理，从外解码器106输出的后验概率被转换成为0或1的信号，转换后的信号由转换器114进行(1+D)转换，并通过MTR解码器116，以再现数据的形式被输出。如果省略编码器46的随机交错器94，则解码器66的随机交错器102和解交错器108同样被省略。

图13表示了根据本发明的，用于补偿由TA现象和介质缺陷引起的数据擦除的迭代解码器的基本结构。和图8B的情况一样，检测由TA现象引起的数据擦除的第一擦除检测器80配置在解码器66的输入级中，另外在迭代解码器82中配置了第二擦除检测器128。此外，和图8B的情况一样，迭代解码器82配置有外解码器86和比较器88。第二擦除检测器128通过观测内解码器84的输出，检查数据是否满足RLL约束条件，即，无磁性转变的间隔的长度是否等于或大于预定长度。随后，违返RLL约束条件的部分，即其中无磁性转变的间隔的长度等于或大于预定长度的部分被确定为缺陷。打开相应的擦除标记，并以第二擦除标记e_k2的形式输出所述相应的擦除标记。使从第二擦除检测器128输出的第二擦除标记e_k2和从第一擦除检测器80输出的第一擦除标记e_k1进行“或”操作，并把结果输入内解码器84中。现在，将就第二擦除检测器128检查数据是否违反RLL约束条件的RLL约束条件进行说明。记录和再现设备进行记录，使无磁性转变的间隔的长度不超过预定的长度，以便稳定PLL进行的时钟恢复。如果在预定长度的间隔内不发生磁性转变，则读取信号继续为0，从而PLL工作不正常。为了防止这种情况，记录和再现设备记录信号，每隔，例如16个二进制位，记录和再现设备记录信号包括一次磁性转变，从而确保PLL的正常操作。实际上，由于用户数据的任意性，执行称为(游程长度受限)编码的编码，数据被转换成满足RLL约束条件，随后在介质上记录最后得到的数据。

因此，在解码结果中，通常使无磁性转变的间隔的长度保持等于或小于一定数值。但是，如果产生缺陷，则信号发生衰减。因此，信号被解码为无磁性转变的序列的概率相当高。相反，如果得到不满足RLL约束条件的解码结果，并且解码结果被看作是缺陷，则能够以相当高的概率检测缺陷。于是，根据本发明，记录和再现设备被这样构成，使第二擦除检测器128检查RLL约束条件的违反，借此检测缺陷。OR电路30使第二擦除检测器128输出的第二擦除标记e_k2和第一消失检测器80输出的第一擦除标记e_k1进行“或“运算，结果被输入内解码器84中。此时，在内解码器84完成第一次解码之前，不确定第二擦除标记e_k2。即，在第一次迭代中，只有第一擦除标记e_k1有效，在第二次迭代之前，第二擦除标记e_k2无效。另外，第二擦除检测器128只在第一次迭代解码过程中工作。即，迭代解码器如下所示构成。第二擦除检测器128只在内解码器84执行第一次解码之后，执行检测处理。当内解码器84执行第二次及之后的解码处理时，第二擦除检测器18不执行检测处理，并保持在第一次检测处理中产生的擦除标记。如上所述构成迭代解码器的原因如下。一旦外解码器86执行解码，它就进行纠错(尽管只是局部纠错)，使得难以检测由缺陷引起的RLL约束条件的违反。

图14A和14B是具体表示第二擦除检测器128的缺陷检测处理程序的流程图。在图14A和14B中，信号序列的长度被假定为N(k＝0～N-1)。另外还假定内解码器的输出为Λ_e(x_k)。符号c被假定为无磁性转变的连续二进制位的数目(当代码由NRZI表示时，“0”的连续数目)，符号n被假定为违反RLL约束条件的次数。首先，在步骤S1中，违反次数n和计数器值c分别被初始化为0。接下来，在步骤S2中，k被设定为1(k＝1)。另外，对内解码器的输出Λ_e(x_k)进行阈值处理，从而如下临时确定代码的第0位：

之后，在步骤S3-S10中，对每个二进制位重复上述处理。首先，在步骤S3中，如下临时确定第k个二进制位：

并且随后在步骤S4中执行模2计算，从而把NRZ数据转换成NRZI数据：

t′k＝f_k+t_k-1(mod2)                                 (21)

在公式(21)中，t_k′＝0表示不存在任何磁性转变。从而，在步骤S5中，如果t_k′＝0，则使计数器值c加1，否则，计算值c被设定为0(c＝0)。

在步骤S6中，如果计数器值c超过RLL约束长度，则二进制位k被确定违反RLL约束条件。如果这样，则在步骤S7中，使违反次数n加1。之后，在步骤S8中，在以二进制位k为中心的±p个二进制位的范围中，擦除标记被设定为1(这里p是预设常数)。在步骤S7中，使二进制位k加1的情况下，当k满足k＜N的时候，重复上述处理，从而实现所需的缺陷检测处理。如果在最后步骤，即步骤S11中，违反次数n小于阈值Td，则由于下述原因，可提供把擦除标记清除为0的步骤S12。如果违反次数的数值较小，则存在错误检测的可能。但是，通过执行阈值处理，能够抑制这种错误检测。另外，就其中第一擦除标记为ON的间隔而论，在公式(4)中，可把c始终设置为0(c＝0)，从而不执行这样的第二次擦除检测。第二擦除检测器128还检测由TA现象引起的数据擦除。因此，当产生TA现象时，违反次数易于超过阈值Td，并且除具有TA现象之外的部分往往会被错误检测。另外，如果p的值被选择为较高，则TA现象的范围常常被不必要地加宽±p个二进制位。如果在第一擦除标记为ON的间隔内不执行缺陷检测，则可避免这种情况。根据上述说明可以知道，第二擦除检测器128可检测由介质缺陷引起的读取数据的消失，从而即使产生缺陷，也能够准确地再现记录数据

图15A和15B表示了根据本发明的，采用图13中所示基本结构的迭代解码器的实施例。图15A中所示的编码器46和前述图12A中所示实施例中的编码器46相同。在编码器46中，MTR编码器90执行RLL编码，以便限制无磁性转变间隔的长度。另一方面，构成图15B中所示的解码器66，使得第二擦除检测器128被添加到图12B中所示的解码器66中。在解码器66中，OR电路130使第二擦除检测器128输出的第二擦除标记e_k2与从解码器66外部输出的第一擦除标记e_k1进行“或”运算，并且结果被输入通道解码器100。通过构成如上所述的迭代解码器，即使产生缺陷，也能够准确地再现记录数据。要注意的是在本实施例中，在通道解码器100后紧接添加了规范化处理部分132。规范化处理将获得如下所示的通道解码器的输出Λ_e(x_k)的最大绝对值，并使该最大值落在预定的范围A内。

${\mathrm{\&Lambda;}}_{\max }=\underset{k}{\mathrm{MAX}}\left(\right|{\mathrm{\&Lambda;}}_e\left(x_k\right)\left|\right)---\left(23\right)$

${\mathrm{\&Lambda;}}_e\left(x_k\right)=\frac{{\mathrm{\&Lambda;}}_e\left(x_k\right)*A}{{\mathrm{\&Lambda;}}_{\max }}---\left(24\right)$

当SN比较高，或者解码器66进行迭代操作时，Λ_e(x_k)取较高的值。如果Λ_e(x_k)过高，则外解码器106的计算可能溢出，数据不能被正常解码。当产生缺陷时，该现象特别明显。为了补偿这种现象，提供了规范化处理部件132。在提供规范化处理部件132执行规范化处理的情况和不进行任何规范化处理的情况之间，第二擦除检测器128的缺陷检测是相同的。

如上所述，根据本发明，迭代解码器能够校正由于TA现象等而消失的数据，于是，能够实现无ECC的结构。能够额外地记录和消除ECC奇偶校验得到的记录容量一样多的用户数据，从而最终增大记录和再现设备的记录容量。另外，通过增强迭代码的奇偶校验，而不是除去ECC的奇偶校验，能够提高纠错能力。此外，迭代解码器能够准确译解因TA现象或介质缺陷而消失的读取数据。

要注意的是本发明包含并不妨碍本发明的目的和优点的适当变化和修改，并且本发明并不局限于上述实施例中所示的任意数值。

Claims (30)

1.一种磁盘设备，具有用于将编码数据从磁头(36-1到36-6)记录到磁盘(38-1到38-3)的记录电路单元和用于从由所述磁头(36-1到36-6)从所述磁盘(38-1到38-3)读出的读取信号对数据解码的再生电路单元；

其中所述再生电路单元至少包括：

通过输入来自所述磁头(36-1到36-6)的读取信号来检测热粗糙度的TA检测器(56)；

输入来自所述TA检测器(56)的读取信号并将其转换为数字信号的AD转换器(62)；

通过输入所述AD转换器(62)的输出信号执行波形均衡的FIR滤波器(64)；

通过输入所述FIR滤波器(64)的输出信号对数据解码的解码器(66)；

其中所述磁盘设备包括：

在所述TA检测器(56)中提供的擦除检测器(80)，其产生指示从所述磁头(36-1到36-6)读出的输入的读取信号的擦除的擦除标记信号；

作为所述解码器(66)提供的迭代解码器(82)，具有两个软输入/软输出解码器，所述两个软输入/软输出解码器包括内解码器(84)和外解码器(86)，迭代解码器通过把所述擦除标记信号输入所述内解码器(84)，并在内解码器(84)中执行擦除补偿，校正擦除的读取信号。

2.按照权利要求1所述的设备，其中

作为所述内解码器中的擦除补偿，当所述擦除标记为ON时，掩蔽通道信息。

3.按照权利要求1所述的设备，其中

所述擦除检测器检测热粗糙，并产生指出读取信号的消失的擦除标记。

4.按照权利要求1所述的设备，其中

所述内解码器是基于Bahl-Cocke-Jeinek-Raviv解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。

5.按照权利要求1所述的设备，其中

所述内解码器是基于Bahl-Cocke-Jeinek-Raviv解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用1掩蔽通道信息的指数值。

6.按照权利要求1所述的设备，其中

所述内解码器是基于对数最大后验概率解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。

7.按照权利要求1所述的设备，其中

所述内解码器是基于近似类型的对数最大后验概率解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。

8.按照权利要求1所述的设备，其中

所述内解码器是基于软输出Viterbi算法解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。

9.按照权利要求1所述的设备，其中

所述擦除检测器使擦除标记的上升沿向前扩展预定数目的二进制位。

10.按照权利要求1所述的设备，其中

所述消失检测器使擦除标记的下降沿向后扩展预定数目的二进制位。

11.按照权利要求1所述的设备，其中

在所述迭代解码器中配置产生指示读取信号的消失的第二擦除标记的第二擦除检测器；并且第一擦除标记和所述第二擦除检测器的第二擦除标记的逻辑和被输入内解码器。

12.按照权利要求11所述的设备，其中

所述第二擦除检测器通过检查RLL约束条件的违反，产生第二擦除标记。

13.按照权利要求12所述的设备，其中

只有当RLL约束条件的违反次数等于或高于预定数目时，所述第二消失检测器才产生第二擦除标记。

14.磁盘设备的再生电路，包括：

通过输入由磁头(36-1到36-6)从磁盘(38-1到38-3)读出的读取信号来检测热粗糙度的TA检测器(56)；

输入来自所述TA检测器(56)的读取信号并将其转换为数字信号的AD转换器(62)；

通过输入所述AD转换器(62)的输出信号执行波形均衡的FIR滤波器(64)；

通过输入所述FIR滤波器(64)的输出信号对数据解码的解码器(66)；

其中从由所述磁头(36-1到36-6)从所述磁盘(38-1到38-3)读出的读取信号对数据解码，

其中所述再生电路包括：

在所述TA检测器(56)中提供的擦除检测器(80)，其产生指示从所述磁头(36-1到36-6)读出的输入的读取信号的擦除的擦除标记信号；和

作为所述解码器(66)提供的迭代解码器(82)，具有两个软输入/软输出解码器的迭代解码器，所述两个软输入/软输出解码器包括内解码器(84)和外解码器(86)，迭代解码器通过把所述擦除标记信号输入内解码器(84)，并在内解码器(84)中执行擦除补偿，校正擦除的读取信号。

15.按照权利要求14所述的再生电路，其中

作为所述内解码器中的擦除补偿，当所述擦除标记为ON时，掩蔽通道信息。

16.按照权利要求14所述的再生电路，其中

所述擦除检测器检测热粗糙，并产生指出读取信号的消失的擦除标记。

17.按照权利要求14所述的再生电路，其中

所述内解码器是基于Bahl-Cocke-Jeinek-Raviv解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。

18.按照权利要求14所述的再生电路，其中

所述内解码器是基于Bahl-Cocke-Jeinek-Raviv解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用1掩蔽通道信息的指数值。

19.按照权利要求14所述的再生电路，其中

所述内解码器是基于对数最大后验概率解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。

20.按照权利要求14所述的再生电路，其中

所述内解码器是基于近似类型的对数最大后验概率解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。

21.按照权利要求14所述的再生电路，其中

所述内解码器是基于软输出Viterbi算法解码方法的软输入/软输出解码器；并且如果所述擦除标记为ON，则在内解码器中用0掩蔽通道信息。

22.按照权利要求14所述的再生电路，其中

所述擦除检测器使擦除标记的上升沿向前扩展预定数目的二进制位。

23.按照权利要求14所述的再生电路，其中

所述擦除检测器使擦除标记的下降沿向后扩展预定数目的二进制位。

24.按照权利要求14所述的再生电路，其中

在所述迭代解码器中配置产生指示读取信号的消失的第二擦除标记的第二擦除检测器；并且第一擦除标记和所述第二擦除检测器的第二擦除标记的逻辑和被输入内解码器。

25.按照权利要求24所述的再生电路，其中

所述第二擦除检测器通过检查RLL约束条件的违反，产生第二擦除标记。

26.按照权利要求25所述的再生电路，其中

只有当RLL约束条件的违反次数等于或高于预定数目时，所述第二擦除检测器才产生第二擦除标记。

27.在磁盘设备中提供的再生电路的纠错方法，所述再生电路从由磁头(36-1到36-6)从磁盘(38-1到38-3)读出的读取信号对数据解码，并且至少包括：

通过输入由磁头从磁盘读出的读取信号来检测热粗糙度的TA检测器(56)；

输入来自所述TA检测器(56)的读取信号并将其转换为数字信号的AD转换器(62)；

输入所述AD转换器(62)的输出信号并执行波形均衡的FIR滤波器(64)；

通过两个软输入/软输出解码器形成迭代解码器(82)并通过输入所述FIR滤波器(64)的输出信号对数据解码的解码器(66)，所述两个软输入/软输出解码器包括内解码器(84)和外解码器(86)，

其中所述纠错方法包括下述步骤：

通过将来自所述磁头(36-1到36-6)的读取信号输入到在所述TA检测器(56)中提供的擦除检测器(80)，产生指示所述读取信号的擦除的擦除标记信号；

通过把所述擦除标记信号输入所述内解码器(84)，在所述内解码器中执行擦除补偿，从而校正擦除的读取信号。

28.按照权利要求27所述的方法，其中

在所述迭代解码器中配置检测指示读取信号的消失的第二擦除标记的第二擦除检测器；并且第一擦除标记和所述第二擦除检测器的第二擦除标记的逻辑和被输入内解码器。

29.一种迭代解码器，包括两个软输入/软输出解码器，所述两个软输入/软输出解码器是内解码器和外解码器，并且把指示读取信号的消失的外部擦除标记输入内解码器，在内解码器中执行擦除补偿，从而校正丢失的数据。

30.按照权利要求29所述的迭代解码器，其中

在所述迭代解码器中配置生成指示读取信号的消失的内部擦除标记的擦除检测器；并且所述外部擦除标记和所述内部擦除标记的逻辑和被输入内解码器。

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