Введение
При воспроизведении данных, записанных на носитель записи, сигналы данных как в ВЗУ на оптических дисках, так и в ВЗУ на магнитных дисках претерпевают искажения, обусловленные ограниченной разрешающей способностью системы головка – диск. Критерием этой разрешающей способности является длительность одиночного импульса воспроизведения, которая обычно превышает длительность синхротакта, в результате чего происходит межсимвольная интерференция (МСИ) и суммарный (результирующий) сигнал данных имеет амплитудные и временные искажения.
Причины использования кодов с ограничением длины поля записи
На рис. 1приведена записанная кодограмма данных (1), а на (3) и (5) показаны сигналы данных воспроизведения в ВЗУ на оптических и магнитных дисках, соответственно.
Рис. 1. Кодограммы данных под влиянием МСИ
Искажения сигнала воспроизведения за счет МСИ состоят в непостоянстве амплитуды сигнала и сдвиге во времени пиков сигнала от их номинальной позиции, соответствующей позиции «единичного» элемента сигнала записи.
При воспроизведении данных, записанных на носитель, решается задача идентификации каждого элемента («единичного» и «нулевого»), что реализуют путем потактной конъюнкции сигнала данных сигналом специальной синхросерии воспроизведения, формируемой под управлением сигналов данных воспроизведения. Эта синхросерия создается синхрогенератором, управляемым «единичными» импульсами сигнала воспроизведения. Такое управление обеспечивает регулирование частоты синхросерии, отслеживающее текущие изменения скорости движения носителя при воспроизведении. Это необходимо для минимизации сдвига во времени сигналов синхросерии относительно сигналов данных. Такой сдвиг означает как бы уменьшение эффективного временного допуска на разрешенное расположение во времени каждого элементарного сигнала данных по сравнению с номинальным значением этого допуска, равным синхротактуТс. Результатом такого уменьшения временного допуска является уменьшение достоверности воспроизведения данных, то есть повышение вероятности сбоя или ошибки в данных.
Для повышения точности отслеживания частоты синхросерии за скоростью носителя данных подстройка синхрогенератора посредством «единичных» импульсов должна выполняться достаточно часто, чтобы минимизировать накопленный «уход» частоты относительно текущей средней частоты данных воспроизведения. Обычный двоичный код имеет равную вероятность появления символов «1» или «0» в текущем такте и допускает бесконечно большие «нулевые» последовательности символов, в пределах которых нет подстройки частоты генератора. Такой код не обладает свойствами самосинхронизации. В связи с этим для представления данных на подвижном носителе в ВЗУ создают специальные канальные коды, которые гарантируют появление символа «1» через определенное количество символов «0» и поэтому обладают свойствами самосинхронизации.
Существует две причины, по которым необходимо это техническое оснащение: во-первых, синхронизируемая (синхронизирующая) схема использует поток импульсов, благодаря переходам чередующихся магнитных полярностей на диске, чтобы поддержать правильное время связывания-удержания (track-and-hold), ADC и детектора. В то же время, если импульсы долгое время отсутствуют, т.е. длинная последовательность нулей (запись без возврата к нулю с инверсией – NRZIrecording), канал двусторонней связи не получит достаточно информации, чтобы обеспечить надлежащую синхронизацию (выравнивание). Вследствие этого, временной промежуток между двумя единицами (1) должен быть ограничен. Во-вторых, когда два бита записываются слишком близко друг к другу, взаимные помехи между двумя противоположными импульсами будут снижать соотношение “сигнал-шум” (SNR) при считывании только что записанной информации (эхосчитывании). Следовательно, следует использовать постоянное кодирование, чтобы гарантировать расстояние (интервал) между двумя переходами расстояние (интервал), достаточно большой, чтобы избежать межсимвольных помех (ISI); поскольку это расстояние (интервал), которое обычно определяется от средней величины, техническое оснащение в состоянии затем увеличить плотность записи. Выравнивание по частичному отклику применяется сейчас для борьбы с проблемой межсимвольных помех (ISI), но кодирование с ограничением длины поля записи (RLL)широко используется по вышеприведённым причинам [1].
Особенности канальных самосинхронизирующихся кодов
Кодирование с ограничением длины поля записи (RLL) обычно классифицируют по (d, k): показатель dотражает минимальное количество нулей между двумя единицами (1). Показатель kограничивает максимальное количество нулей между двумя единицами (1). С другой точки зрения, dконтролирует высокочастотные составляющие в связанных сигналах токов записи, чтобы сократить межсимвольные помехи (ISI).kже, напротив, оказывает доминирующее влияние на низкочастотные составляющие, чтобы обеспечить информацию о частоте для канала тактовой синхронизации. Рис. 2 показывает диаграмму переходов для типовых (d,k) кодов:
Рис. 2. Диаграмма переходов (d,k) кодов
Параметр dможет принимать значения из натурального ряда целых чисел, включая 0, то есть 0,1,2,3,... При этом параметр к принимает соответственно значения из ряда чисел 1, 2, 3, 4, ..., так что всегда справедливо неравенство:
d<k
В связи с этим неравенством невозможно, например, значение k = 1, если d =l. В реально существующих ВЗУ известны (d,k) – коды, характеризуемые (d,k) – параметрами (0,1); (0,2); (1,3); (1,7); (2,7) и т.д.
Для анализа канальных кодов, применяемых в современных ВЗУ, созданных на основе технологий магнитной записи и оптической записи, в качестве «точки отсчета» обычно берут обычный двоичный код, который относится к позиционным однородным кодам. Следуя терминологии (d,k)-кодов обычный двоичный код можно охарактеризовать как (d,k) – код, для которого параметр d = 0, а параметр k = ∞.
Указанное значение параметра и определяет отсутствие самосинхронизации в этом коде, поскольку длина «нулевой» последовательности символов для него не ограничена сверху.
Ограничения d и k приводят к уменьшению количества разрешенных кодом последовательностей символов Nn на n разрядах по сравнению с их количеством для двоичного кода, которое здесь равно 2n.
Недостатком (d, k) кодов является их потеря в скорости обмена данных. Из-за избыточных разрядов желаемая передача информационных битов меньше, чем в настоящем информационном потоке. Следовательно, если dвыше, потери будут более существенны.
Кодирование RLL(1,7), используемое в традиционных каналах чтения с детектированием пиков, достаточно медленное. Обозначение 1 определяет, что в записываемой последовательности между каждой парой двоичных единиц должен быть хотя бы один двоичный нуль, что выливается по крайней мере в два символьных периода между каждой парой магнитных переходов на диске. Цифра 7 означает, что между переходами не может быть свыше восьми символьных периодов.
Более эффективная схема кодирования (0,k), используемая для каналов чтения PRML(технология PartialResponse – MaximumLikelihood, что можно перевести как «неполный отклик – максимальное подобие», была разработана для обмена информацией в дальних космических экспедициях), используемая во многих накопителях на жестких дисках Seagate, обеспечивает более компактную пропорцию 16/17 и позволяет передавать данные с высокой скоростью.