一种磁盘数据写入过程非线性跃迁偏移的分类补偿方法

本发明属于磁记录领域，更具体地，涉及一种磁盘数据写入过程非线性跃迁偏移的分类补偿方法。

背景技术：

1、数据在人类生活的各个方面发挥着越来越关键的作用。在过去的30年里，全球信息技术行业经历了颠覆性的数字化演变，数据存储需求急剧增长。磁记录硬盘因其容量价格比的显著优势在主流存储介质中依然占有重要地位。然而，由于超顺磁效应问题，磁存储密度已接近物理极限，面密度的进一步提升面临三难困境(trilemma)，即磁记录的热稳定性、磁头的可写入性和信号质量相互制约。介质噪声是影响信号质量的核心因素，其主要成分为非线性跃迁偏移(nonlinear transition shift,nlts)导致的磁化跃迁噪声。随着记录密度的增加，比特大小和颗粒大小变得更小，由此介质噪声对磁盘信噪比(signal-to-noise ratio,snr)的影响更大。作为降低系统性能的主要介质噪声来源，nlts可以通过使用写补偿技术以降低或消除其影响。

2、nlts产生于前一写入跃迁的退磁场的影响，这一现象如图1所示。理想的跃迁位置由写头磁场和相互作用的静磁场共同决定，当前本应写入的跃迁位置应为所述理想的跃迁位置，而由于nlts，实际写入的跃迁位置偏离所述理想的跃迁位置。随着比特位长度的减小，当前实际跃迁位置和前一实际跃迁位置之间的相互作用变得越来越强烈。因此，跃迁写入位置出现的偏移使得回读过程中的采样信号不能与每一个记录位对齐，从而导致了检测结果发生错误。

3、在高密度磁记录下，混合磁场不能简单地线性叠加，记录过程中最近邻两个跃迁造成的非线性跃迁偏移效应占主导。两个跃迁位距离不同时前一个跃迁使当前跃迁产生的nlts值如图2所示，自然地，随着记录密度的增加，由最近跃迁引起的nlts也会增加，因此在高密度下，应制定更加有效的补偿方案来减小nlts的影响。

4、为了研究和消除发生在写过程的nlts的影响，首先需要得到各个磁化跃迁位置的nlts的具体数值，再进行补偿。关于nlts的具体数值获取，目前的方式有理论建模计算和实际测量两种，现有的理论建模计算模型根据等效磁荷法计算(参考文献[1])，对复杂跃迁图案中跃迁偏移的计算存在误差，其基于线性叠加原理的假设不符合nlts在高密度条件下的非线性特征。另外，nlts的测量方法比较复杂，主要分为两种：一种被称为频谱消除法或谐波消除法；另一种是基于伪随机序列的一组方法，如频域的双脉冲提取和时域的时间相关方法。然而这些方法为了获取非线性偏移的取值需要首先将一串特殊的序列写到磁盘上。nlts的测量值是所有记录图案对应的nlts的平均值。由nlts引起的失真可以通过一个简单且常用的补偿方案来缓解。

5、而关于补偿的方式，现有一般根据记录图案对nlts进行最佳写入补偿，相关方法甚少。基于对具有由特定跃迁图案引起的nlts的垂直磁记录系统进行检测后误码率(biterror rate,ber)的分析，zheng wu在其论文“nonlinear transition shift and writeprecompensation in perpendicular magnetic recording”中提出了一种双比特的一级补偿策略，该补偿方法只考虑一对相邻的跃迁，此外，该论文还提出了一种两级补偿和更复杂的多级补偿方法(参考文献[2])。然而，现有两级和多级补偿方案都是为了减少特定图案的nlts。由于非线性失真的复杂性，这些方法的效率很低，而且过于复杂，无法实际实施。更糟糕的是，补偿级别的数量会因为跃迁图案所涉及的位数将以指数形式增加。

6、由于消除跃迁噪声在提高磁存储密度方面起着越来越重要的作用，因此探索新的有效方法来抑制跃迁噪声十分迫切。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种磁盘数据写入过程非线性跃迁偏移的分类补偿方法，其目的在于在不增加写入过程补偿方案复杂度的情况下，补偿尽可能多的局部跃迁图案。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种磁盘数据写入过程非线性跃迁偏移的分类补偿方法，包括：

3、确定磁盘数据写入过程的补偿级数n；

4、在实际磁盘数据写入过程，识别确定以当前待写入跃迁位为最后一位的窗口长度为w的局部跃迁图案；将该局部跃迁图案与所述补偿级数n所对应的n类局部跃迁图案进行匹配，若该局部跃迁图案属于所述n类局部跃迁图案中的一类，则采用该类局部跃迁图案的预设补偿值对当前待写入跃迁位进行非线性跃迁补偿，若不属于所述n类局部跃迁图案中的任一类，则不对当前待写入跃迁位进行非线性跃迁补偿；在需要写入下一跃迁位时重复执行该步骤，直至写完需要写入的磁盘数据，完成磁盘数据写入过程非线性跃迁偏移的分类补偿方法。

5、进一步，所述补偿级数n所对应的n类局部跃迁图案的确定方式为：

6、以穷举的方式依次写窗口长度为w的局部跃迁图案，其中，窗口长度w的取值根据实际计算的精度要求确定；

7、通过理论计算的方式确定所穷举的每个局部跃迁图案中当前待写入跃迁位的非线性跃迁偏移量，或者，通过实际写入的方式来测量所穷举的每个局部跃迁图案中当前待写入跃迁位的非线性跃迁偏移量；

8、对所穷举的各局部跃迁图案中当前待写入跃迁位的非线性跃迁偏移量进行降序排列，并将非线性跃迁偏移量相近的局部跃迁图案归为一类；对每一类偏移量设置一个补偿值；

9、将前n类局部跃迁图案作为所述补偿级数n对应的n类局部跃迁图案。

10、进一步，当采用理论计算的方式确定所穷举的每个局部跃迁图案中当前待写入跃迁位的非线性跃迁偏移量时，理论计算方式为：

11、

12、

13、式中，τ表示当前待写入跃迁位的非线性跃迁偏移量，hdemag表示前一个跃迁位对当前待写入跃迁位所产生的退磁场，hfg表示写入点的磁头梯度，t表示记录介质的厚度，mr表示剩余磁化强度，l表示当前的理想跃迁位置与最近的前一个实际跃迁的位置之间的距离，y表示介质记录层中计算点距离记录层下表面的深度，一般计算点可取为记录层厚度的中心。

14、进一步，所述补偿值的设置方式为：

15、将计算或测量得到的非线性跃迁偏移量取负值，作为补偿值；

16、或者，采用暴力搜索的方式通过尝试不同的补偿值，根据检测误码率选择最佳的补偿值。

17、进一步，寻找前n类局部跃迁图案中每类局部跃迁图案的共有特征，并将其记录为该类局部跃迁图案的特征；

18、则在所述匹配的过程中，将待匹配的局部跃迁图案与所述补偿级数n所对应的n类局部跃迁图案的特征进行匹配，若待匹配的局部跃迁图案存在某一类局部跃迁图案的特征，则认为待匹配的局部跃迁图案属于该类，采用该类局部跃迁图案的预设补偿值对当前待写入跃迁位进行非线性跃迁补偿。

19、本发明还提供一种磁记录系统，包括：算机可读存储介质和处理器；

20、所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

21、所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如上所述的一种磁盘数据写入过程非线性跃迁偏移的分类补偿方法。

22、本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的一种磁盘数据写入过程非线性跃迁偏移的分类补偿方法。

23、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：

24、(1)本发明提出通过将以当前待写入跃迁位为最后一位的窗口长度为w的局部跃迁图案与各类局部跃迁图案进行相似度匹配，确定待匹配的局部跃迁图案属于哪一类局部跃迁图案，并用相应类别对应的补偿值对当前待写入跃迁位的非线性跃迁偏移进行补偿。当采用相同补偿级数时，该种分类的方法在磁盘数据写入过程中比传统方法能够对更多的跃迁图案进行补偿，从而整体上使磁盘达到更好的误码率性能。相比现有补偿方法，本发明分类补偿方法中，每一类局部跃迁图案包含更多应该被补偿的在写入过程中所产生的图案，在不增加写入复杂度的同时有效缓解了因nlts带来的写入位置误差。

25、(2)本发明提供了一种磁盘数据写入过程非线性跃迁偏移的分类补偿方法，该方法的执行前提是需要先确定待补偿的局部跃迁图案种类，以及每种局部跃迁图案下对当前待写入跃迁位的非线性跃迁偏移补偿值。本发明提出了一种对上述补偿级数n所对应的n类局部跃迁图案进行确定的方式，即对局部跃迁图案进行枚举，根据不同非线性跃迁偏移量的局部跃迁图案进行分类并对每类赋予一个补偿值，保证了补偿精度，有效缓解因非线性跃迁偏移带来的写入位置错误。

26、(3)为了提高匹配效率，本发明还提出在对上述补偿级数n所对应的n类局部跃迁图案进行确定之后，寻找前n类局部跃迁图案中每类局部跃迁图案的共有特征，并将其记录为该类局部跃迁图案的特征；则在所述匹配的过程中，将待匹配的局部跃迁图案与所述补偿级数n所对应的n类局部跃迁图案的特征进行匹配，若待匹配的局部跃迁图案存在某一类局部跃迁图案的特征，则认为待匹配的局部跃迁图案属于该类，采用该类局部跃迁图案的预设补偿值对当前待写入跃迁位进行非线性跃迁补偿。

27、总的来说，参考写入磁盘的数据，预先确定局部跃迁图案的窗口大小和补偿级数；按照窗口大小得到局部跃迁图案，对图案计算当前跃迁位相对于理想跃迁位的偏移即非线性跃迁偏移；对计算得到的nlts进行降序排列；得到nlts排序后的分布，对相近的nlts值的图案进行分类；得到分类结果并取前n类进行分类补偿；对每类图案分别进行补偿。本发明能够对磁存储系统中非线性跃迁偏移进行写分类补偿，有效缓解了因非线性跃迁偏移带来的写入位置错误。