A holographic data storage (HDS) has some advantages of high storage capacity, fast transmission, and short access time. However, there are two major concerns with the system which are two-dimensional (2D) inter-symbol interference (ISI) and inter-page interference (IPI). Thus, this paper proposes a 4-level 6/9 modulation code which mitigate inter-symbol interference (ISI). ※ 이 논문은 2013년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (NRF-2013R1A1A2059077). First Author : Soongsil University, School of Electronic Engineering, kimbs@ssu.ac.kr, 학생회원 ° Corresponding Author : Soongsil University, School of Electronic Engineering, zlee@ssu.ac.kr, 종신회원 * Soongsil University, School of Electronic Engineering, pkhroma@gmail.com 논문번호:KICS2014-09-359, Received September 25, 2014; Revised October 1, 2014; Accepted October 1, 2014. I. 서 론 홀로그래픽 데이터 저장시스템 (holographic data storage system, HDS)은 표면에 정보를 저장하는 광 기록 저장장치(CD, DVD, BD)나 자기기록 저장 장치 (hard disk drive, HDD)와는 다르게 매질의 체적에 데 이터를 저장하기 때문에 저장용량을 현저히 증가시킬 수 있다. 이 때문에 근접장 기록(near field recording, NFR)이나 SUPER_RENS (Super REsolusion Near-Field Structure)와 함께 차세대 광기록 저장장치 로 연구되고 있다. HDS는 기록과 재생이 페이지 단위 로 이루어지므로 한 페이지가 가지는 총 비트 수와 다 중화된 홀로그램 수의 곱으로 저장 매질의 총 저장용 량이 결정된다. 입력 데이터가 홀로그램의 체적 내에 서 2차원 페이지의 단위로 기록하고 읽기 때문에 저 장용량을 크게 증가시킬 수 있다. (즉, 데이터 저장용 량은 한 공간에 많은 페이지를 저장하면 할수록, 그리 고 한 페이지에 많은 데이터를 저장하면 할수록 증가 한다.) 또한 2차원 페이지 단위로 신호처리가 가능하 기 때문에 데이터 전송속도 또한 매우 증가시킬 수 있 다. 기존의 데이터 저장장치와 같이 표면에 정보를 저 장하는 데이터 저장장치에서 주로 오류를 범하게 하는 요인이 인접심볼간 간섭 (inter-symbol interference, ISI)이라면 HDS는 페이지 단위로 매질의 체적에 겹 쳐 쓰면서 저장하기 때문에 인접 페이지간 간섭 (inter-page interference, IPI)이 존재한다 . 그리고 논문 / 홀로그래픽 데이터 저장장치를 위한 4레벨 6/9 변조부호 575 Fig. 1. Examples of severe ISI in four-level HDS Fig. 2. Structure of a codeword in the proposed modulation code Fig. 3. Example of codewords Fig. 4. Structure of encoding scheme. Table 1. Symbol mapping rule 페이지 단위로 데이터를 쓰고 읽기 때문에 ISI가 2차 원으로 영향을 준다. 이진 픽셀의 경우 가장 큰 ISI를 일으키는 상황은 0 (혹은 1) 픽셀이 1 (혹은 0) 픽셀들 로 둘러싸인 경우와 같은 고립된 픽셀 패턴(isolated pixel patterns)이다 . HDS가 멀티레벨인 경우는 최하위 레벨과 최상위 레벨이 인접한 경우 최상위 레 벨의 심볼이 최하위 레벨의 심볼에게 심한 간섭을 일 으키게 된다. 따라서 멜티레벨의 경우에 ISI를 줄이기 위해서는 최상위 레벨 심볼과 최하위 레벨 심볼이 인 접하지 않게 하여야 한다. 그림 1은 4-레벨 심볼인 경 우, 0 픽셀과 3 픽셀이 인접하여 이웃한 픽셀에 큰 ISI 를 발생하는 예이다. 본 논문에서는 그림 1과 같이 레벨 0 심볼과 레벨 3 심볼이 인접하는 상황이 발생하지 않도록 하기 위 한 변조부호를 제안하였다. II장에서는 본 논문에서 제안된 4-레벨 6/9 변조부호에 대하여 설명한다. III장 에서는 시뮬레이션 환경 및 결과를 보여주고, 마지막 IV장에서는 앞 장의 결과를 바탕으로 결론을 내린다. II. 제안된 4-레벨 6/9 변조부호 한 픽셀이 가질 수 있는 심볼의 종류가 4-레벨이므 로 입력되는 두 비트 (예: 00, 01, 10, 11)를 하나의 심 볼로 만든다. 그림 2는 3⨯3 배열의 코드워드 구조와 제안된 변조부호의 구성 방법을 보여준다. 6개의 심볼 데이터가 입력되어 9개의 심볼 데이터로 3⨯3 배열의 형태로 출력되게 되며, 한 코드워드는 두 부분으로 나 뉘어져 있다. (a, e, i) 위치의 픽셀들은 {0, 1, 2, 3} 레벨의 심볼이 올 수 있다. 나머지 픽셀들은 {1, 2} 레 벨의 심볼만 가능하다. 이렇게 하면 인접한 픽셀이 그 림 1과 같이 0 심볼과 3 심볼이 이웃하는 경우가 생기 지 않게 된다. 그림 3은 두 코드워드를 연결하였을 때, 제안된 변 조부호로 이루어진 코드워드가 인접한 어느 심볼도 레벨 0과 레벨 3이 인접하지 않는 것을 확인할 수 있 다. 이로 인해 제안된 변조부호는 2D-ISI를 완화할 수 있다. 제안된 변조부호의 코드율은 0.667(=6/9)이며 픽셀당 4/3비트를 기록한다. 6 심볼 (12 비트)의 입력 데이터는 그림 4와 같이 9 픽셀의 출력 코드워드로 변조된다. 먼저, a0, a1, a2 는 B0, B4, B8에 각각 순서대로 1-1 대응되고, 표 1에 있는 매핑 규칙에 따라 a3은 B1과 B3 픽셀에 해당하는 심볼들을 할당하고, a4는 B2와 B6에, a5는 B5와 B7에 각각 표 1과 같이 각 픽셀의 심볼값이 정해진다. 복조 과정은 데이터 변조 과정이 1:1 맵핑 방식이므로 변조 과정의 역순으로 진행된다.