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多阶光存储纠错设计与性能评估模型研究

作　者: 吴苏婷
导　师: 熊剑平
学　校: 清华大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 多阶光存储纠错编码 Markov模型
分类号: TP333.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 7次
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内容摘要

通过在光盘的一个信道记录单元记录两种以上可能状态,可以提高光盘单位面积的记录密度,但同时也增加了数据出错的可能性,这对纠错码性能提出了更高的要求。红光多阶光盘HRD(High Definition Red Disk)是清华大学光盘国家工程研究中心的在研项目。本文的目的是为HRD设计一种纠错格式,并评估该格式的性能。其中,由于若采用传统的Monte-Carlo仿真方法(下称MC方法)评估纠错性能,存在计算时间过长的问题(为实现目标分析精度需要分析大容量数据样本),本课题需要建立一种理论分析方法——该方法的分析精度不受计算时间的限制——以适应多阶光存储信道中纠错评估精度的要求。本文主要工作包括纠错格式设计与性能评估模型研究,主要内容有:1.调研分析并仿真比较了DVD和BD的纠错格式性能和解码策略,为多阶红光存储的纠错格式提供了设计依据;设计出一种新的纠错格式,对关键数据、普通数据的实行不同保护强度;编写了相关软件,实现了数据组织、扰频、交织、地址保护、RS码等编码模块与相应译码模块。2.为多阶光存储信道建立了Markov模型并研究了求解方法。通过对不同Markov模型的比较,为光盘信道选择了Fritchman模型作为研究对象。研究了两种求Markov模型参数的方法——拟合方法与Baum-Welch优化迭代方法(BWA)。将拟合方法结果作为BWA迭代的初值,可避免其迭代结果非全局最优值;本文同时还研究并实现了BWA算法的改进算法,大大减少了求解光盘信道模型的时间。最后,利用实际多阶光盘读出数据,求解了信道模型。3.推导出Markov模型在多阶光存储信道中的纠错性能评估公式。结合枚举、集合运算、矩阵运算和迭代等数学方法,解决了多阶光存储信道传输符号与纠错符号大小不符及现有光盘格式因纠错方案复杂而难以评估性能这两个问题。最后结合以上三部分工作成果,对实际信道的DVD、HRD、BD纠错方案进行评估,结果表明:1.所设计的新型HRD纠错码的性能和码率均优于DVD;2.采用Markov模型的理论分析方法不仅可以很好地预测实际光存储信道的错误情况,还可以使得纠错码性能分析达到要求的分析精度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-21
  1.1 课题的研究背景及目的  9-10
  1.2 多阶存储技术及其对纠错方案的性能要求  10-12
  1.3 信道FEC 性能的仿真、理论分析与实验方法获取方法  12-16
    1.3.1 物理模型仿真  12-15
    1.3.2 随机过程分析  15-16
  1.4 Markov 模型分类及其在纠错研究中的应用  16-19
    1.4.1 Markov 模型的分类  16-18
    1.4.2 Markov 模型在纠错码研究中的应用  18-19
  1.5 课题的研究内容  19-21
第2章光存储纠错方案的设计方法研究  21-32
  2.1 光存储纠错格式的设计要素  21-23
  2.2 DVD 和BD 标删策略分析  23-24
  2.3 纠错格式性能分析  24-28
    2.3.1 DVD 和BD 纠正随机错误能力  24-27
    2.3.2 BD 在随机噪声背景下纠突发错误能力  27-28
  2.4 不同类型错误下纠错码性能的仿真比较  28-30
  2.5 BD 译码器纠错策略优化  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章 HRD 纠错格式设计  32-45
  3.1 整体构成  32-34
  3.2 用户数据与用户码  34-38
  3.3 双重码  38-43
    3.3.1 简介  38
    3.3.2 地址码和用户保留数据  38-40
    3.3.3 数据预交织  40
    3.3.4 双重码纠错编码  40-42
    3.3.5 交织与重排  42-43
  3.4 ECC 块的构成  43
  3.5 纠错方案与性能对比  43-45
第4章突发噪声信道的模型  45-57
  4.1 Markov 模型的相关理论  45-48
    4.1.1 Markov 模型与隐Markov 模型（HMM）  45-47
    4.1.2 Markov 模型在信道建模中的应用概述  47-48
  4.2 Gilbert 模型及等效  48-49
  4.3 Gilbert 模型的扩展  49-51
    4.3.1 高阶Markov 模型  49
    4.3.2 状态转移受限Markov 模型  49-51
    4.3.3 HMM 的状态分解与等效  51
  4.4 Fritchman 模型  51-55
    4.4.1 模型介绍  51-52
    4.4.2 特征分布推导  52-55
  4.5 本章小结  55-57
第5章信道Markov 模型的建立方法  57-80
  5.1 等效模型  58-61
    5.1.1 存在性  58-60
    5.1.2 等效性  60-61
  5.2 拟合方法  61-65
    5.2.1 拟合算法求解信道等效模型  62-63
    5.2.2 求解流程  63-65
  5.3 优化方法  65-72
    5.3.1 概率计算——前向、后向算法  65-67
    5.3.2 迭代优化——Baum-Welch 算法  67-70
    5.3.3 Baum-Welch 算法针对长序列的改进[42,46,47]  70-72
  5.4 算法实践  72-78
    5.4.1 模型等效性的验证  73-74
    5.4.2 模型求解的实例与分析  74-78
  5.5 本章小结  78-80
第6章多阶光存储信道误码建模与应用  80-98
  6.1 多阶光存储信道  80-84
    6.1.1 信道噪声分析  81
    6.1.2 信道的传输符号与纠错符号  81-84
  6.2 信道建模实例  84-88
    6.2.1 多阶光存储信道模型的参数求解  84-86
    6.2.2 模型统计参数与实验结果的对比  86-88
  6.3 Markov 信道模型在纠错系统中的应用  88-96
    6.3.1 理论公式推导  88-93
    6.3.2 光盘纠错格式在多阶信道中的评估与设计  93-96
  6.4 本章小结  96-98
第7章结论  98-100
  7.1 工作总结  98-99
  7.2 展望与提高  99-100
参考文献  100-103
致谢  103-104
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  104

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