光存储系统中信道建模与纠错方法的研究

作     者：蒋瑾翎 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石柯

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：光存储 纠错编码 数据交织 信道建模 

摘      要：信息存储的需要推动着光存储技术向超高密度方向发展,基于聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)材料的多层光存储是其中一大研究热点。PMMA光盘选择新的介质材料和记录方式,带来了许多区别于传统光盘的误码问题。除了电路噪声、激光源噪声等因素,PMMA光盘上的数据还会受到码间串扰的影响,使用过程中形成的划痕、污点等也会引入连续错误。因此PMMA光存储系统需要一个同时具备高随机纠错能力和长突发纠错能力的纠错方法保证数据可靠性。光存储信道的错误特征可以用一个隐马尔科夫模型描述。基于Fritchman模型和其等效模型建立的光存储信道模型具有参数估计的计算量小、表征有记忆信道的能力强的优点,适合PMMA光存储系统,支持对纠错方法的纠错能力进行理论预测,并根据理论误码结果指导纠错方法的设计和改进,加速设计和开发流程。为了与现有的光存储系统兼容,数据经过分块、扰频、纠错编码、交织、调制后以物理扇区的形式刻录在PMMA光盘上。纠错方法的设计主要包括纠错编码的设计和交织方法的设计,纠错编码与纠错能力的大小直接相关,而交织则可以弥补编码纠正突发错误能力的不足。适合PMMA光盘错误特征的纠错方法权衡了算法实现复杂度、编码交织时延、误码率和编码速率等设计要素,选择了乘积码作为编码方法,虽然引入了更多的冗余数据,但是构造灵活、复杂度低,提高了误码校正块的纠错能力。在编码后引入的交织方法可以将同一码字中的连续突发错误分散到多个码字,增强纠错编码纠正突发错误的能力。理论分析基于建立的信道模型和纠错方法的特性进行,推导出了纠错方法在错误率为10的特定信道上的理论误码概率公式,验证了设计的纠错方法及确定的参数能将用户数据误码率降低至10,满足应用需求。同时基于编解码软件的仿真实验验证了该方法的纠错性能,测试结果显示,在原始数据错误率为10时,测试样本中的所有随机错误和短突发错误都能被纠正,具有良好的纠错表现。