In holographic data storage (HDS), a high transmission rate is accomplished through the use of a charge coupled device array for reading two-dimensional (2D) pixel image data. Although HDS has many advantages in terms of storage capacity and data transmission rates, it also features problems, such as 2D intersymbol interference (ISI) by neighboring pixels and interpage interference (IPI) by multiple images stored in the same holographic volume. Modulation codes can be used to remove these problems. We introduce a 2D 8/9 error-correcting modulation code. The proposed modulation code exploits the trellis-coded modulation scheme, and the code rate is larger (about 0.889) than that of the conventional 6/8 balanced modulation code (an increase of approximately 13.9%). The performance of the bit error rate (BER) with the proposed scheme was improved compared with that of the 6/8 balanced modulation code and the simple 8/9 code without the trellis scheme.
본 논문에서는 홀로그래픽 저장 장치에서 가장 큰 문제점인 고립 픽셀을 허용하지 않는 2차원 변조 부호를 제안한다. 제안하는 2차원 변조 부호는 기존에 사용하던 6/8 변조 부호보다 부호화와 복호화가 간단하며 데이터 검출을 어렵게 하는 1 비트의 고립된 형태를 완벽하게 제거한다. 기존에 사용하던 6/8 변조 부호는 약간의 고립 픽셀을 허용한다. 결과를 보면 blur가 1.4일 때 제안한 변조 부호가 6/8 변조 부호보다 전체적으로 성능이 좋다. 제안한 변조 부호는 수신된 값을 4비트로 양자화 하였을 때 최적의 성능을 낸다.
Holographic data storage (HDS) has a number of advantages, including a high transmission rate through the use of a charge coupled device array for reading two-dimensional (2D) pixel image data, and a high density capacity. HDS also has disadvantages, including 2d intersymbol interference by neighboring pixels and interpage interference by multiple pages stored in the same holographic volume. These problems can be eliminated by modulation codes. We propose a 7/9 error-correcting modulation code that exploits a Viterbi-trellis algorithm and has a code rate larger (about 0.778) than that of the conventional 6/8 balanced modulation code. We show improved performance of the bit error rate with the proposed scheme compared to that of the simple 7/9 code without the trellis scheme and the 6/8 balanced modulation code.
본 논문에서는 차세대 대용량 데이터 저장장치로 부각되고 있는 홀로그래픽 데이터 저장장치를 위한 2차원 변조코드를 제안한다. 단위 면적당 기록 밀도의 증가로 인한 인접 심볼간 간섭과 3차원적인 홀그래픽 저장으로 인한 페이지간 섭 등에 강인한 성능을 갖도록 같은 페이지 내의 1과 0의 개수가 거의 동일하도록 설계하였으며, 또 가능한 많은 1과 0의 천이가 일어나도록 설계하였다. 제안된 코드의 코드율은 5/9로서 기존의 4/9 코드보다 25%의 코드율 개선을 하였다.
본 논문은 홀로그래픽 저장장치를 위한 오류 정정 4/6 변조 부호에 대해서 알아보고, 어긋남이 존재하는 상황에서 성능을 알아보았다. 홀로그래픽 저장장치는 2차원 인접 심볼간 간섭이 생기는 채널로, 읽기 성능을 높이기 위해 변조 부호를 사용해야 한다. 이러한 변조 부호에 길쌈 구조가 더해지면 오류 정정 능력을 가지게 된다. 오류 정정 4/6 변조 부호는 기존의 변조 부호보다 성능이 우수하였고, 어긋남에 대해서도 강인한 성능을 보여준다.
홀로그래픽 데이터 저장장치는 한 볼륨에 페이지 단위로 데이터를 쓰고 읽기 때문에 단위 공간당 기록용량이 매우 크며 또 데이터 전송률이 굉장히 높은 장점이 있다. 반면 데이터를 저장하는 픽셀간의 밀도가 높아짐에 따라 2차원 인접 심볼간 간섭과 인접한 페이지끼리 서로 영향을 주는 인접 페이지간 간섭이 생기는 단점이 있다. 특히 한 페이지의 밝은 정도에 따라 인접한 페이지에 영향을 주어 한 볼륨에 저장할 수 있는 페이지의 수를 줄어들게 할 수 있다. 본 논문에서는 홀로그래픽 데이터 저장장치에서 한 페이지에 기록되는 ON 픽셀의 비율을 낮춰서 한 볼륨에 들어가는 페이지의 수를 늘리도록 하는 부호율이 6/8인 저밀도 ON 픽셀 2차원 변조부호를 제안한다. 제안된 부호는 기존의 6/8 균형 변조부호와 비교하여 거의 비슷한 성능을 보인다. 따라서 제안된 부호를 사용할 경우 성능의 저하 없이 기록 용량을 늘릴 수 있는 장점이 있다.
홀로그래픽 데이터 저장장치에서는 인접 심볼간 간섭이 2차원으로 발생하며, 인접 페이지간 간섭 또한 발생한다. 특히 멀티 레벨 홀로그래픽 데이터 저장장치의 경우, 한 픽셀이 나타내는 정보가 0과 1의 이진수가 아닌 그 이상의 정보를 더 저장하고 있기 때문에, 위와 같은 간섭들이 더 크게 발생할 수 있다. 본 논문에서는 4-레벨 홀로그래픽 데이터 저장장치에서의 성능 저하를 보완하기 위하여 2/3 변조 부호를 제안한다. 제안된 2/3 변조 부호는 비터비 검출 방법을 변조 방식에 적용하여 에러 정정 능력을 갖는다. 또한, 본 논문에서는 2/3 변조 부호를 위한 새로운 비터비 디코더를 제안한다. 제안된 비터비 검출기는 복호 시에 필요없는 상태에 대한 계산을 제거하여 복호 성능을 높인다. 제안된 비터비 검출기는 2/3 변조 부호에 대하여 기존의 비터비 검출기보다 더 뛰어난 성능을 보인다.
본 논문에서는 비트 패턴드 자기기록 저장장치 채널을 위한 2차원 변조부호를 제안한다. 패턴드 미디어 기록장치는 하나의 자성점에 한 비트의 정보를 저장한다. 정보저장 기록 밀도를 높이기 위하여 인접한 트랙 사이의 간격을 아주 좁게 만들기 때문에 인접한 트랙간 간섭(intertrack interference, ITI)과 인접한 심볼간 간섭(intersymbol interference, ISI)이 문제가 된다. 따라서 한 비트 신호의 진폭은 2차원 간섭에 의해 변형된다. 같은 값으로 둘러싸인 비트의 신호가, 특히 어느 한 비트의 값이 둘러싸인 여덟 비트의 값과 동일한 경우 영향을 받는다. 제안된 변조부호 방법은 기존의 변조부호보다 좋은 부호율을 가지면서 위와 같은 최악의 경우가 발생하지 않도록 하므로써 패턴드 미디어의 기록 성능을 향상시키도록 한다.
차세대 저장장치로 부각되고 있는 홀로그래픽 데이터 저장장치는 인접한 픽셀들 간의 이차원 인접 심볼간 간섭과 하나의 홀로그램 볼륨에 여러 페이지가 저장되면서 생기는 인접 페이지간 간섭과 같은 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 제거하기 위해 본 논문에서는 오류 정정이 가능한 2차원 6/8 균형부호를 이용한 트렐리스 인코딩 방법을 제안하였다. 제안된 변조 부호는 균형부호의 특징을 사용하여 IPI를 완화시키며 트렐리스 구조의 부호화를 통하여 에러 정정이 가능하게 하였다. 제안된 코드는 SNR이 높아짐에 따라 일반적인 6/8 균형부호보다 더 좋은 성능을 보였다.
멀티레벨 홀로그래픽 데이터 저장장치는 성능을 저하시키는 요소인 2차원 인접 심볼간 간섭을 피하기 위해 변조부호가 요구된다. 변조부호는 주변의 가장 큰 심볼과 가장 작은 심볼에 의해 발생되는 심각한 ISI 패턴을 제거할 수 있다. 본 논문에서는 4-레벨 홀로그래픽 데이터 저장장치를 위한 4/6 변조부호를 제안하며 또한 트렐리스 인코딩 방식을 이용하여 오류정정능력을 갖는 변조부호를 제안한다. 제안하는 4/6 변조부호는 가장 작은 심볼인 '0'과 가장 큰 심볼인 '3'이 어느 방향에서도 인접하지 않도록 한다. 또한 4-레벨 홀로그래픽 데이터 저장장치에서 같은 코드율을 갖는 변조부호들과 성능 비교를 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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