随着信息技术的快速发展，现代社会数字信息量急剧增长。根据国际数据公司(IDC)于2018年11月发布的《数据时代2025(Data Age 2025)》报告，全球所有数据的总和将由2018年的33ZB增长到2025年的175ZB。海量数据的存储需求推动了大容量存储设备市场规模高速扩张，也对各类存储技术的发展提出了更高要求。与光存储、半导体存储等相比，磁存储的单位存储成本更低，综合性能优势更大，基于磁存储技术的磁盘预计在未来仍将占据大容量存储设备市场的主要份额。决定磁盘容量大小的重要因素之一是磁盘内盘片的磁记录面密度。当前，磁记录面密度的进一步提升面临着越来越严峻的“三难”困境。为了突破传统垂直连续薄膜介质磁记录面密度增长的瓶颈，急需引入新的磁记录技术，从磁记录介质、读写磁头、磁记录方式和信号处理等磁记录系统各个方面来共同应对。
　　二维磁记录是一种结合瓦记录的写入方式和二维信号处理技术的新型磁记录技术，其从磁记录方式和信号处理两个方面来进一步提升磁记录面密度。瓦记录的写入方式减小了磁道间距，使得回读信号中道间串扰显著增强。沿磁道方向的码间串扰结合跨磁道方向的道间串扰使得二维磁记录通道呈现出二维串扰特征。此外，磁记录密度的提高使得二维磁记录通道中介质噪声成为主要噪声来源。因此，需要在二维磁记录通道模型中引入二维串扰特征和介质噪声特征。本研究拟对二维磁记录读写通道进行分析和建模，以Voronoi模型为基础对二维磁记录通道特征和相关参数进行分析，在此基础上对读头阵列及二维信号处理算法、信道编解码技术和插值定时恢复技术等进行研究，为实现10Tbpsi超高密度磁记录提供理论和技术支持。
　　针对二维磁记录通道中的二维信号检测问题，提出一种4-读头阵列结构及信号检测算法。二维信号检测需要同时获取目标磁道及其相邻磁道的信息，若使用单个磁头则会带来较大时延，因此，需要在二维磁记录系统中引入读头阵列。已有的3-读头阵列在跨磁道方向上均匀排列，能有效获取跨磁道方向上的多样性信号。4-读头阵列设计在3-读头阵列的基础上增加一个辅助读头，进一步在沿磁道方向获得多样性信号，为检测磁道上的数据位提供额外的软信息，提高信号检测性能。
　　针对二维磁记录通道中的介质噪声问题，提出一种二维调制编码方法，消除引起较大介质噪声方差的孤立比特图案；针对覆写错误和信道检测错误，在二维磁记录系统中应用LDPC码作为差错控制编码并对检测结构进行设计与性能评价。介质噪声是由于输入数据的转换引起的记录介质中相邻磁性颗粒极性的变化产生的，若输入的数据图案引起介质中较多的磁性极性翻转，则会在回读信号中产生较大的噪声方差，不利于信号的检测，因此需要引入调制编码来消除这些数据图案。此外，应用数据依赖的噪声预测方法，进一步提高系统的检测性能。瓦记录信息写入方式常常伴随有磁头擦除效应带来的写入错误，即部分已写入的信息位被覆写而无法被检测和恢复，因此需要在二维磁记录通道中应用差错控制编码，对写入过程中产生的错误和信号检测过程中的错误进行纠错以恢复信息位。
　　针对二维磁记录通道中的定时恢复问题，提出一种迭代的二维插值定时恢复与信号检测方法，使用两个定时误差检测器分别对沿磁道方向和跨磁道方向的定时误差进行估计，再分别生成相应的相位偏移。由于在当前位置处无法获得未来采样的定时误差估计值，将导致无效的信号检测和当前位置的定时误差估计，因此使用来自以前迭代的定时误差估计和信号检测器判决结果来进一步提高信号检测性能。