CN102403960B - 对激励器进行预失真的方法及装置和预失真激励器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对激励器进行预失真的方法及装置和预失真激励器。一种对激励器进行预失真的方法包括获取RF放大器特性曲线；根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系；在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益；根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值；用所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述RF激励器的输入预失真。采用本发明的技术方案能够实现激励器和放大器的线性化，提高核磁共振系统发射链的性能。

Description

对激励器进行预失真的方法及装置和预失真激励器
技术领域
本发明总体上涉及MR领域，尤其涉及一种对激励器进行预失真的方法及装置和预失真激励器。
背景技术
在MR系统中，RF放大器输出RF激励，RF激励将产生B1场。然而，由于RF放大器的非线性性，实际RF放大器输出与输入相比将存在失真，这会导致选择层的形状变差。也就是说，在MR系统中，RF放大器存在更复杂的失真，因而选择层的形状与理想情况存在差别。
目前，研究人员提出了一些解决上述问题的方法。
例如，美国专利US6882221公开了用于把应用到射频(RF)功率放大器的输入信号进行预失真的设备和相应方法，用来补偿高输出功率下的放大器失真。RF放大器输入和输出信号被持续监控并且在RF鉴相器中生成差信号，然后把该差信号转换成数字形式，并且针对每个观测的RF输入功率值以RF放大器增益压缩值和RF放大器输出相位值的运行均值的形式被存储在查找表中。预失真模块检索这些值并通过压缩来使RF放大器输入预失真。该专利重点是在载频而不是在基带应用预失真，而且还未考虑如何在系统级上应用预失真。
美国专利US7085330-使用自适应预失真进行放大器线性化的方法和设备。其公开了能够校正由RF功率放大器引入的信号失真的信号处理方法和设备，它包括缓存器，用来存储多个样本，所述样本表示要由RF功率放大器放大的至少一部分输入信号；接收器，用来接收由RF功率放大器生成的输出信号；同步单元，用来把所存储的多个样本中与输出信号最接近的确定为匹配输入样本；预失真单元，用于选择性地在RF功率放大器放大前把预失真校正函数应用到输入信号，其中预失真校正函数是根据匹配输入样本和输出信号之间的关系得到的。该专利能够更精确且可更新地确定放大器和接收器的RF调制和放大阶段中涉及的延迟。任选地提供了相位偏移校正来校正在相对于匹配输入信号的输出信号的实现样本中的相位偏移。此外，还提供了采样相位误差校正单元，用来生成至模数转换器的采样改变信息以促使此模数转换器选择性地改变对输出信号的采样。在该专利列出了在无线通信中使用的方法和设备，却没有提及用在MR领域中。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种对激励器进行预失真的方法及装置和预失真激励器。
为了解决上述问题，本发明对激励器进行预失真的方法的技术方案包括：
获取RF放大器特性曲线；
根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系；
在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益；
根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值；
用所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述RF激励器的输入预失真。
优选地，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅；
优选地，所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
进一步地，把增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系保存在激励器中。
优选地，增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
相应地，本发明对激励器进行预失真的装置的技术方案包括：
用于获取放大器特性曲线的单元；
用于根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系的单元；
用于在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益的单元；
用于根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值的单元；
用于所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述RF激励器的输入预失真的单元。
优选地，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅；
优选地，所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
其中，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及所述增益相位校正值与输入功率之间的关系被保存在激励器中。
优选地，增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
另外，本发明预失真激励器的技术方案包括：直接数字频率合成器、调制器、混频器、发射链增益放大器、预失真器和加法器，其中：
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系被保存在所述预失真器中；
所述预失真器被配置成用于根据预失真激励器的输入和发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述预失真激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值；
所得到的增益相位校正值与所述预失真激励器的输入作为加法器的输入，所述加法器的输出作为所述直接数字频率合成器的一个输入；
所述直接数字频率合成器的输出连接所述调制器的一个输入；经增益振幅校正值校正的所述预失真激励器的输入的振幅作为所述调制器的另一个输入；
所述调制器的输出送给所述混频器；
所述混频器的输出与在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益相乘作为所述预失真激励器的输出。
优选地，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅；
优选地，所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位
进一步地，增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
与现有技术相比，本发明对激励器进行预失真的方法及装置和预失真激励器的有益效果为：
由于本发明对激励器的输入进行预失真，输出经过校正的信号，因此能够实现激励器和放大器的线性化，提高了核磁共振系统发射链的性能。
附图说明
为了对本公开内容更透彻的理解，下面参考结合附图所进行的下列描述，在附图中：
图1是本发明对激励器进行预失真的方法的流程图；
图2是一个放大器的增益振幅与输入功率之间的关系的示意图；
图3是一个放大器的增益相位与输入功率之间的关系的示意图；
图4示出了一种放大器的输入波形的示意图；
图5示出了一种放大器的未经校准的输出波形的示意图；
图6示出了放大器的经校准的输出波形的示意图；
图7是现有技术激励器的结构示意图；
图8是本发明激励器的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，但本发明并不限于下述具体实施例。
本发明对激励器的输入进行预失真处理，使得激励器的输出(即，作为放大器的输入)被先行处理了，从而可以实现激励器和放大器输出的线性化。
如图1所示，本发明对激励器进行预失真的方法包括步骤：
10)获取RF放大器特性曲线；
20)根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系；
30)在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益；
40)根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值；
50)用所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述RF激励器的输入预失真。
从上述可知，本发明首先获取放大器的特性曲线，所述特性曲线包括增益振幅与输入功率之间的关系以及增益相位与输入功率之间的关系，这可以在放大器制造时获得(例如通过矢量信号分析仪对放大器输入输出信号进行比较)。如图2和3所示，分别示出了一个放大器的增益振幅变化与输入功率之间的关系以及增益相位变化与输入功率之间的关系。在理想状况下，当输入功率发生变化时，放大器的增益振幅变化与相位变化均应为0。实际的放大器具有非线性，因此放大器的增益振幅与增益相位会随输入功率发生变化。
然后，根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系。将在扫描中使用的发射增益是在MR预扫描中得到的。根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系就可以得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值。用所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述激励器的输入预失真。也就是说，激励器的输入经过预失真处理，输出给放大器，这样就会达到激励器和放大器的线性化要求。
对于增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0(1)
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅。
公式(1)是根据下述得到的：
由于G(Pin)＝G0+Gx(Pin)，其中，G(Pin)表示在输入功率为Pin时对应的放大器的增益；G0表示放大器增益常数项；Gx(Pin)表示放大器的增益中与输入功率相关的项。
又由于Pout＝Pin+Cor(Pin)+G0+Gx[Pin+Cor(Pin)](2)
其中，Pout表示放大器的输出。
另外，如果放大器具有线性性，那么应该满足公式(3)：
Pout＝Pin+G0(3)
因此，根据公式(2)和(3)，得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0(1)
如果放大器保持线性，那么，当输入功率发生变化时，增益相位应保持不变。因此，所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0(4)
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
上面只是获得增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系的一个示例，当然也可以采用本领域技术人员已知的任何方式来得到。
对于所得到的增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系，可以保存在激励器中并且可以以查找表的形式予以保存，当然还可以采用本领域技术人员已知的任何方式。
下面以某实际应用的放大器为例，通过使其线性化来详细描述本发明对激励器进行预失真的方法的技术方案。
首先，如图2和3，示出了其特性曲线。如图4和5，它们分别是示出了该放大器的输入功率波形的示意图以及该放大器的未经校准的输出功率波形的示意图。从图4和5可以看出，该放大器的输入随时间线性增加，而其输出却是非线性的。
下表给出了根据Pin、Gx(pin)、Px(Pin)计算出增益振幅校正数据Cor(Pin)以及增益相位校正数据Cps(Pin)的例子
从上表可以看出，Cor(Pin)+Gx(Pin+Cor(Pin))几乎为零。例如Gx[-18.00+Cor(-18.00)]+Cor(-18.00)＝Gx(-12)+Cor(-18.00)＝-5.97+5.98＝0.01。同样，对于相位校正，有Cps(pin)+Px(Pin+Cor(Pin))＝0。
当对激励器的输入应用了上述所得的增益振幅校正值和增益相位校正值后，得到了线性的放大器输出，如图6所示。
相应地，本发明还公开了一种对激励器进行预失真的装置，其包括：
用于获取RF放大器特性曲线的单元；
用于根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系的单元；
用于在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益的单元；
用于根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值的单元；
用于所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述RF激励器的输入预失真的单元。
其中，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0(1)
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅；
所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0(4)
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系可以保存在激励器中。对于增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系可以以查找表的形式予以保存。
由于本发明对激励器进行预失真的装置的技术方案对应于本发明对激励器进行预失真的方法的技术方案，因此，在此不再对本发明对激励器进行预失真的装置的技术方案予以详述。
如图7所示，现有技术的激励器包括数字频率合成器(DDFS)1、调制器2、混频器3和发射链增益放大器4。该激励器的输入信号的相位作为DDFS1的一个输入，振幅作为调制器2的输入。在中心频率为第一参考频率的正弦波的作用下，DDFS1输出低频率的正弦信号，其频率和相位由数字频率合成器的输入进行控制。经过调制器2后，在混频器3中与中心频率为第二参考频率的正弦信号进行混频，将中心频率调整至激发频率，经过发射链增益放大器4输出给射频功率放大器。
如图8所示，其图示了依据本发明预失真激励器的一个实施例的示意图。其包括数字频率合成器(DDFS)1、调制器2、混频器3、发射链增益放大器4、预失真器5和加法器6，其中：
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系被保存在所述预失真器5中；
所述预失真器5被配置成用于根据预失真激励器的输入和发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述预失真激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值；
所得到的增益相位校正值与所述预失真激励器的输入作为加法器6的输入，所述加法器6的输出作为所述直接数字频率合成器1的一个输入；
所述直接数字频率合成器1的输出连接所述调制器2的一个输入；经增益振幅校正值校正的所述预失真激励器的输入的振幅作为所述调制器2的另一个输入；
所述调制器2的输出送给所述混频器3；
所述混频器3的输出与在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益相乘作为所述预失真激励器的输出，也即给放大器。
对于第一参考频率和第二参考频率其作用与结合图7所进行的描述相同，在此不再赘述。
其中，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0(1)
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅；
所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0(4)
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
另外，增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。例如，假设要使特性曲线为如图2和3所示的放大器线性化，还假设第一参考频率为16.14MHz，第二参考频率为80MHz，预失真器5中的增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系如表1所示，那么采用此预失真激励器就能够达到放大器的线性化功能，如图6所示。
虽然上述已经结合附图描述了本发明的具体实施例，但是本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变、修改和等效替代。这些改变、修改和等效替代都意为落入随附的权利要求所限定的精神和范围之内。

Claims (16)

1.一种对激励器进行预失真的方法，其特征在于，包括步骤：
获取RF放大器特性曲线；
根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系；
在核磁共振MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益；
根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值；
用所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值来对所述激励器的输入预失真。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，把增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系保存在激励器中。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述特性曲线指放大器的增益振幅与输入功率之间的关系和增益相位与输入功率之间的关系。
7.一种对激励器进行预失真的装置，其特征在于，包括：
用于获取放大器特性曲线的单元；
用于根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系的单元；
用于在核磁共振MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益的单元；
用于根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值的单元；
用于用所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值来对所述激励器的输入预失真的单元。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及所述增益相位校正值与输入功率之间的关系被保存在激励器中。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
12.如权利要求7至11任一项所述的装置，其特征在于，所述特性曲线指放大器的增益振幅与输入功率之间的关系和增益相位与输入功率之间的关系。
13.一种预失真激励器，包括直接数字频率合成器、调制器、混频器和发射链增益放大器，其特征在于，还包括预失真器和加法器，其中：
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系被保存在所述预失真器中；
所述预失真器被配置成用于根据预失真激励器的输入和发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到所述预失真激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值；
所得到的增益相位校正值与所述预失真激励器的输入作为加法器的输入，所述加法器的输出作为所述直接数字频率合成器的一个输入；
所述直接数字频率合成器的输出连接所述调制器的一个输入；经增益振幅校正值校正的所述预失真激励器的输入的振幅作为所述调制器的另一个输入；
所述调制器的输出送给所述混频器；
所述混频器的输出与在MR预扫描中得到的将在扫描中使用的发射增益相乘作为所述预失真激励器的输出。
14.如权利要求13所述的预失真激励器，其特征在于，所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列公式进行迭代而得到：
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校正值；Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅。
15.如权利要求14所述的预失真激励器，其特征在于，所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公式得到：
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]＝0
其中，Pin表示输入功率；CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校正值；PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
16.如权利要求15所述的预失真激励器，其特征在于，
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
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