소프트 출력 채널 검출기, ＭＡＰ 검출기, 수신 신호 처리 방법 및 ＭＡＰ 검출기를 사용한 수신 신호 처리 방법 document_id A220623110081

디스크 드라이브는 마그네틱 기록 헤드로부터의 잡음 아날로그 신호를 호스트 컴퓨터에 의해 사용되는 이진 데이터 시퀀스로 전환하는, 통상 "판독 채널 칩(read channel chip)"이라 불리는, 신호 처리 칩을 포함한다. 판독 채널 칩의 주된 구성 요소는 채널 검출기이다. 초고속 판독 채널 칩은 약 3GHz의 데이터 속도로 동작할 것이 요구된다. 휴대용 랩탑 컴퓨터 및 다른 배터리 동작 사용자 전자 제품(battery-operated consumer electronics)에 사용되는 디스크 드라이브용의 판독 채널 칩은 저전력이어야 한다. 칩 영역 및 클럭 속도에 따라 전력 사용량도 증가하므로, 저전력 및 높은 작업 처리량을 달성하는 좋은 방법은 넓은 면적을 필요로 하지 않는 복잡하지 않은 신호 처리로 한 번에 일 비트 이상을 처리하며 클럭 속도를 감소시키는 것이다. 불행하게도, 디스크 드라이브에 대한 비트 에러 레이트 필요 조건(bit-error rate requirement)을 달성하기 위해서는 매우 복잡한 영역 집적 신호 처리(very complex area intensive signal processing)가 일반적으로 요청된다. 아날로그 신호는 안티 얼라이어싱(anti-aliasing) 필터로 필터링되고, 비트당 하나의 샘플이 존재하도록 샘플링된다. 이 비트들은 마그네틱 디스크 상에 높은 저장 용량으로 저장되도록 매우 조밀하게 묶여지므로(packed very tightly), 수신 샘플은 매우 낮은 신호 대 잡음비를 가지며, 일반적으로 내부 심볼 간섭(inter-symbol-interference)에 의해 손상된다. 채널 검출기는 이진 간섭 심볼의 각각의 가능한 조합을 트렐리스 내의 상태로서 나타냄으로써 내부 심볼 간섭을 해명(unravel)한다. 일반적으로, 채널 검출기 내에서 충분한 성능을 제공하기 위해서는 4 개의 내부 심볼 간섭 심볼을 갖는 16 상태 트렐리스가 요구된다. 채널 검출기의 영역 및 전력은 트렐리스의 상태 개수에 따라 증가한다. 디스크 드라이브 상의 이진 시퀀스는 일반적으로 충분히 낮은 에러율로 시퀀스를 디코딩하기 위해 채널 검출기로부터의 연판정(soft-decisions)을 요구하는 에러 정정 코드 또는 패리티 코드로 인코딩된다. 소프트-출력(soft-output) 채널 검출기는 두 개의 주요한 타입이 있다. 가장 일반적인 타입은, 수신 샘플이 주어지면 트렐리스를 통하여 최대 확률을 갖는 경로를 검출하고, 경로에 따른 각각의 비트에 대한 소프트 출력을 산출하는 SOVA(soft-output Viterbi algorithm)를 사용하는 SOVA 검출기이다. SOVA 검출기는 포워드 상태 프로세서, 경로 메모리 및 소프트 출력 프로세서를 일반적으로 사용한다. 포워드 상태 프로세서, 백워드 상태 프로세서 및 소프트 출력 프로세서를 사용하는 MAP(maximum-a-posteriori) 검출기에 의해 개선된 성능을 얻을 수 있다. 백워드 프로세서는 MAP 검출기를 SOVA 검출기보다 복잡하게 하기 때문에 MAP 검출기는 일반적으로 사용되지 않는다. MAP 검출기는 SOVA 검출기에 비하여 단지 약간의 성능 향상을 제공하며, 일반적으로 더 큰 칩 영역 및 더 많은 전력을 요구한다. MAP 검출기는 수신 샘플, y가 주어지면 각각의 비트 위치에서 어느 이진 값이 최대 확률을 갖는지를 판정한다. 각각의 비트에 대해, MAP 검출기는, 수신 샘플이 주어지면, 다음과 같이, ck가 이진 영(0)인 조건부 확률이 ck가 이진 일(1)인 조건부 확률에 의해 나누어지는 로그-우도비를 계산한다. LogㅡMAP 검출기에서, 연판정은 우도비(likelihood ratio)의 자연 로그이며, 경판정(hard-decision)은 연판정의 표시(sign)이다. MAX-Log_Map 검출기에서, 연판정은 ck=0을 갖는 최대 확률 경로에 관련된 확률의 자연 로그에서 ck=1을 갖는 최대 확률 경로에 관련된 확률의 자연 로그를 감산한 것이다. MAX-Log Map 알고리즘은 Log-Map 알고리즘을 간략화한 것이며, 성능에서의 차이는 일반적으로 작다. MAP 검출기는 포워드 검출기, 전류 브렌치 메트릭 검출기(current branch metric detector) 및 백워드 검출기를 포함한다. 풀 레이트 포워드 검출기(full-rate forward detector)는 k-1 시점에서 각각의 상태로 이끄는(leading) 포워드 상태 메트릭(forward state metrics)을 산출한다. 대부분의 종래 설계에서는, 백워드 검출기는, k+Q 시점에서 상태 메트릭 0을 갖는 하나의 상태로부터 개시하며(Q는 백워드 검출 기간이다), 후방으로(in the backward), 시점(k)에서 각각의 상태로 이끄는 백워드 상태 메트릭을 산출한다. 다른 방법은 시점 k+Q에서 모든 상태가 0인 상태 메트릭을 갖게 하는 것이다. 풀 레이트 MAP 검출기에서, 현재 브렌치 단계는 시점 k-1에서 시점 k로의 상태 전이를 나타낸다. 종래의 설계에서, 시점 k 및 k-1에서의 상태 개수는 일반적으로 동일하다. 현재 비트 라벨(ck)은, 검출기가 현재(currently) 소프트 출력을 산출하기 위한 비트이다. 시점 k에서 소프트 출력은 포워드 상태 메트릭, 백워드 상태 메트릭 및 현재 상태 메트릭을 서로 가산하여 산출되는 결합(combined) 메트릭으로부터 생성된다.