CN1172308C - 消除多波长多层光盘中波长间信号串扰的方法 - Google Patents

Abstract

消除多波长多层光盘中波长间信号串扰的方法属于光存储系统读出信号检测技术领域，其特征在于：它是一种在把多波长多层光盘驱动器光学头读出的光盘记录信息转变成多路电信号后，再通过匹配滤波和数字信号处理从混有多波长相互串扰的电信号中可靠地检测出某一波长实际存储信息的方法。和目前广泛使用的传统信号阀值检测器相比，这种方法不仅能消除各个波长读出信号相互之间的串扰，提高信号检测质量，而且具有对各个波长读出信号的相对幅值大小没有要求，只需要知道各个波长的特征波形即可进行计算而加以消除的优点。

Description

消除多波长多层光盘中波长间信号串扰的方法

技术领域

一种消除多波长多层光盘中波长间信号串扰的方法属于光存储信息检测技术领域，尤其涉及多波长多层光盘存储系统读出信号检测技术领域。

背景技术

在光盘信息存储技术领域，目前存储设备的存储密度要求越来越高，读写速度则要求越来越快。运用吸收带彼此分离的多层光致变色材料作为光盘记录层采用分光合光装置实现对多层材料的并行写入和读出是实现三维高密度光存储和提高信息存取速度的重要方向之一。尽管多波长多层光盘具有并行读写和三维存储的优点，但是与普通只读光盘不同的是，多波长多层光盘存储系统是一种利用经过光学头聚焦后的三种不同波长的激光同时分别读写三种不同的存储材料上的记录信息，再通过分光装置把信号分离，从而达到并行读写和三维存储目的的光存储系统，请见中国发明专利00103501.0，其盘片结构见图1，1是盘基，2是记录层，3是反射层，4是保护层。它的主要问题在于：受现有的信息存储记录材料性能所限，各波长激光在写入信息时不仅仅只对该波长激光对应的记录材料写入，对其他波长激光记录材料也会有一定程度写入，所以在信息读出时各波长读出信号中除保留有该读出波长记录信息外，也混有其他波长对该波长记录材料的写入信息，这种某一波长读出信号包含有其他波长写入影响的现象可称为波长间信号串扰，如图2所示，上部为532波长激光读出信号，下部为650波长激光读出信号。如果采用现有的传统光盘信号阀值检测方法，直接把读出信号经过接收滤波器处理后与阀值电平相比较，则容易受其他波长写入信息的影响，在判决时产生误判，导致误码的产生。

发明内容

本发明的目的在于提出一种消除多波长多层光盘中波长间信号串扰的方法，它不仅可以简便有效地消除各个波长读出信号相互之间的串扰，提高光盘读出信号质量，而且具有对各个波长读出信号的相对幅值大小没有要求，只需知道各个波长的特征波形即可进行计算而加以消除的优点。

本发明的特征在于：它是一种在把多波长多层光盘驱动器光学头读出的光盘记录信息直接转变成多路电信号后，再通过匹配滤波和数字信号处理从混有多波长相互串扰的电信号中可靠地检测出某一波长实际存储信息的方法，其依次由以下步骤组成：

(a)用光电探测器把多波长多层光盘驱动器光学头读出的光盘记录信息转换成混有多波长相互串扰的电信号；

(b)用频率响应特性 $H\left(\mathrm{jw}\right)=\mathrm{cS}*\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-\mathrm{j\ω}{t}_0}$ 与上述多波长中各波长相应的各匹配滤波器组成的匹配滤波器组把上述混有多波长相互串扰的电信号转换成一组主频率与上述各波长相应且每一波长的信噪比最大的电信号，其中，令c＝1，S*(ω)表示多波长多层光盘中与每一个波长对应的光盘读出信道的频率响应特性；

(c)对匹配滤波器组的每一路输出模拟信号进行采样，得到与每一波长读出信号对应的数字序列；

(d)把步骤(c)得到的匹配滤波器组输出的多路数字序列输入到解相关检测器，经处理后使各波长间的串扰信号置零，然后输出清除了其他波长串扰的每一波长实际读出的数字序列，于是，解相关检测器的输出可用下式表示：

A+nR^-1＝YR^-1，

其中， $A=[A_k{]}_{k=1}^k$ ：各波长在光盘上记录的实际数字序列，其中每一波长可用A_k(i)表示，

$Y=[Y_k\left(i\right){]}_{k=1}^k$ ：匹配滤波器组输出的多路数字序列，其中，每一路可用Y_k(i)表示，

$R=[{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{jk}}{]}_{k=1}^k$ ：波长j对记录材料k间的作用系数；

其中，ρ_jk：第k个波长与第j个波长读出信号的特征波形的互相关系数；

n：匹配滤波器组输出中的多路噪声其均值为零。

(e)把上述解相关检测器输出的数字序列输入判决器加以判决，再输出光盘记录数字信息。使用证明：它达到了预期目的。

附图说明

图1：多波长多层存储盘片结构剖视图。

图2：532波长对650波长串扰示意图。

图3：消除多波长多层光盘中波长间信号串扰系统的原理性方框图。

图4：与图3所示系统相对应的电路原理方框图。

具体实施方式

本发明所述方法的关键在于：为了准确读出并正确判决出某一波长的读出信息字符，需要把其他波长的干扰信号置零。其方法如下：

设：b_k(i)(其中b_k(i)ε{0，1})为光盘某波长记录的数字序列字符；

A_k(i)为该数字序列字符对应的激光读出信号幅值；

ρ_jk：第k个波长与第j个波长读出信号的特征波形的互相关系数，定义为 ${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{jk}}={\∫}_o^T{S}_j\left(t\right)S_k\left(t\right)\mathrm{dt}$ S_j(t)、S_K(t)分别为第j个、第k个波形函数；

n_k：第k路信号中混有的噪声，其值： $n_k=\mathrm{\σ}{\∫}_o^T{n}_k\left(t\right)S_k\left(t\right)\mathrm{dt}$ 它是一个均值为零，方差等于σ²的高斯随机过程；

则：匹配滤波器组对应每一波长的输出信号Y_k(i)为：

$Y_k\left(i\right)=A_k\left(i\right)+\underset{j=1,j\≠k}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{A}_j\left(i\right){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{jk}}+n_k,$

A_K(i)：光盘上对应某一波长记录的信息字符的数字量表示，为正确判决出光盘存储数字信息，只要解出A_k(i)后对其大小进行判决即可得到光盘记录信息学符b_k(i)。

Y_k(i)也可写成向量形式：

Y＝AR+n，

$Y=[Y_K\left(i\right){]}_{k=1}^k$ ：匹配波波器组的输出；

$R=E\left\{{\mathrm{SS}}^T\right\}=[{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{jk}}{]}_{k=1}^k$ ：波长j对记录材料k间的作用系数。

$A=[A_k{]}_{k=1}^k$ ：某一波长在光盘上记录的数字量；

也可把向量形式表达为：A+nR^-1＝YR^-1，等式右方仅包含有微弱的噪声干扰，已经消除了其他波长对某一波长记录材料的干扰，所得的A_k(i)代表该波长在光盘上记录的实际数字序列。现以三种波长检测信号为例，可得：

$R=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ρ}}_{11}& {\mathrm{\ρ}}_{12}& {\mathrm{\ρ}}_{13}\\ {\mathrm{\ρ}}_{21}& {\mathrm{\ρ}}_{23}& {\mathrm{\ρ}}_{23}\\ {\mathrm{\ρ}}_{31}& {\mathrm{\ρ}}_{32}& {\mathrm{\ρ}}_{33}\end{array}\right],$ 三种波长的实际记录信号为A＝[A₁A₂A₃]

匹配滤波器输出信号为Y＝[Y₁Y₂Y₃]；

从而得出： $\left[\begin{array}{c}{A}_1\\ A_2\\ A_3\end{array}\right]+n=\left[\begin{array}{ccc}{Y}_1& Y_2& Y_3\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{\ρ}}_{11}& {\mathrm{\ρ}}_{12}& {\mathrm{\ρ}}_{13}\\ {\mathrm{\ρ}}_{21}& {\mathrm{\ρ}}_{22}& {\mathrm{\ρ}}_{23}\\ {\mathrm{\ρ}}_{31}& {\mathrm{\ρ}}_{32}& {\mathrm{\ρ}}_{33}\end{array}\right].$

在本发明所设计的系统中，以图1为例，光盘读写的三种激光波长分别为650nm，532nm，400nm。激光额定功率为20毫瓦。读出光盘数据时三路激光首先由合光装置聚焦在光盘表面上，再经过分光装置由三个响应度为0.25微安/微瓦的四象限光电二极管探测器检测到反射回来的三路读出信号Y_i(t)|_{i＝1，2，3}。把Y_i(t)作为用美国Maxim公司的MAX 7409滤波器芯片组成的匹配滤波器组的输入信号，然后对匹配滤波器组的输出信号分别用MAX187芯片组成的模/数转换器进行采样以得到数字序列Y_i(n)，i＝1，…n。再用美国TI公司生产的TMS320C30数字信号处理器组成的解相关检测器对Y_i(n)进行处理，即把各路采样输出数字序列Y_i(n)看作一个矢量，乘以j波长对k记录材料的作用系数矩阵R^-1，最后得到A_i(i)，由于A_i(i)中已经消除了其他波长干扰对该波长读出信号的影响，仅仅混有微弱的噪声信号，故可直接对A_i(i)用芯片XC9572组成的判决器进行判决来得到该波长激光在光盘上记录的实际数字序列b_i(i)。其中，ρ_jk可以通过实验从两个相互串扰的波形中得出。

由此可见，它可消除波长间信号串扰，与传统的阀值判别方法相比误码率小得多。

Claims (1)

1.一种消除多波长多层光盘中波长间信号串扰的方法，其特征在于：它是一种在把多波长多层光盘驱动器光学头读出的光盘记录信息直接转变成多路电信号后，再通过匹配滤波和数字信号处理从混有多波长相互串扰的电信号中可靠地检测出某一波长实际存储信息的方法，其依次由以下步骤组成：

(a)用光电探测器把多波长多层光盘驱动器光学头读出的光盘记录信息转换成混有多波长相互串扰的电信号；

(b)用频率响应特性 $H\left(\mathrm{jw}\right)=\mathrm{cS}*\left(\mathrm{\ω}\right)e^{-{\mathrm{j\ωt}}_0}$ 与上述多波长中各波长相应的各匹配滤波器组成的匹配滤波器组把上述混有多波长相互串扰的电信号转换成一组主频率与上述各波长相应且每一波长的信噪比最大的电信号，其中，使c＝1，S*(ω)表示多波长多层光盘中与每一个波长对应的光盘读出信道的频率响应特性；

(c)对匹配滤波器组的每一路输出模拟信号进行采样，得到与每一波长读出信号对应的数字序列；

(d)把步骤(c)得到的匹配滤波器组输出的多路数字序列输入到解相关检测器，经处理后使各波长间的串扰信号置零，然后输出清除了其他波长串扰的每一波长实际读出的数字序列，于是，解相关检测器的输出可用下式表示：

A+nR^-1＝YR^-1，

其中， $A={\left[A_k\right]}_{k=1}^k:$ 各波长在光盘上记录的实际数字序列，其中每一波长可用A_k(i)表示， $Y={\left[Y_k\left(i\right)\right]}_{k=1}^k:$ 匹配滤波器组输出的多路数字序列，其中，每一路可用Y_k(i)表示， $R={\left[{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{jk}}\right]}_{k=1}^k:$ 波长j对记录材料k间的作用系数；

其中，ρ_jk：第k个波长与第j个波长读出信号的特征波形的互相关系数；

n：匹配滤波器组输出中的多路噪声其均值为零。

(e)把上述解相关检测器输出的数字序列输入判决器加以判决，再输出光盘记录数字信息。

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