CN105978501A - 一种用于高场mri高功率射频功放的数字预失真器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，包括第一预失真模型、第二预失真模型、IQ补偿模型和切换开关，第一预失真模型用于对第一段原始基带数据序列进行预失真处理，第二预失真模型用于对第二段原始基带数据序列进行预失真处理，第一段原始基带数据序列为在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列中从第一个原始基带数据开始至模值最大的原始基带数据组成的序列，第二段原始基带数据序列为原始基带数据序列除去第一段原始基带数据序列后剩余的原始基带数据组成的序列；优点是能同时对射频功放自身原因导致的非线性失真和IQ缺陷所导致的线性度失真进行补偿，预失真精度高。

Description

一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器
技术领域
本发明涉及一种数字预失真器，尤其是涉及一种用于高场MRI射频功放的数字预失真器。
背景技术
高场MRI高功率射频功放，在大功率动态范围辛格脉冲信号作用下，在AM/AM、AM/PM曲线上表现为分叉，即高场MRI高功率射频功放存在大动态范围分叉非线性。另外，高场MRI高功率射频功放是在正交调制器驱动下而产生射频信号，由于正交调制器存在IQ缺陷(即IQ不平衡和直流泄露等缺陷)，该IQ缺陷会导致与正交调制器完全分离的高场MRI高功率射频功放的线性度恶化。现有的射频功放的数字预失真器仅对射频功放自身原因导致的非线性失真进行补偿，忽略了IQ缺陷所导致的线性度失真，预失真精度不高；并且现有的射频功放的数字预失真器主要适用于通信系统中低功率的射频功放，难以直接用于功率高达数十千瓦，激励信号功率动态变化范围达65dB的高场MRI高功率射频功放。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能同时对射频功放自身原因导致的非线性失真和IQ缺陷所导致的线性度恶化进行补偿，预失真精度高的用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，其特征在于包括第一预失真模型、第二预失真模型、IQ补偿模型和切换开关，所述的第一预失真模型用于对第一段原始基带数据序列进行预失真处理，所述的第二预失真模型用于对第二段原始基带数据序列进行预失真处理，所述的第一段原始基带数据序列为在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列中从第一个原始基带数据开始至模值最大的原始基带数据组成的序列，所述的第二段原始基带数据序列为原始基带数据序列除去第一段原始基带数据序列后剩余的原始基带数据组成的序列；预失真开始时，在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列通过所述的切换开关输入，首先，第一段原始基带数据序列通过切换开关输入第一预失真模型，第一预失真模型对第一段原始基带数据序列进行预失真处理后输入所述的IQ补偿模型中进行IQ补偿处理，当第一段原始基带数据序列输送完毕后，所述的切换开关切换到第二预失真模型，第二段原始基带数据序列通过切换开关输入第二预失真模型中，第二预失真模型对第二段原始基带数据序列进行预失真处理后输入所述的IQ补偿模型中进行IQ补偿处理。
将在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列记为x(N)，N＝1，2，……，M，M表示原始基带数据序列中含有的原始基带数据的数量，将所述的原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据记为x(J)，J为大于等于1且小于等于M的整数，将第一预失真模型的输出记为d(n)，n＝1，2，……，J，将第二预失真模型的输出记为d(m)，m＝J+1，J+2，……，M；所述的IQ补偿模型为u(N)为IQ补偿模型的输出，α和β为正交调制器的不平衡系数，γ为正交调制器的直流泄露，符号“*”为共轭运算符号。
将在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列记为x(N)，N＝1，2，……，M，M表示原始基带数据序列中含有的原始基带数据的数量，将所述的原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据记为x(J)，J为大于等于1且小于等于M的整数，将第一预失真模型的输出记为d(n)，n＝1，2，……，J，将第二预失真模型的输出记为d(m)，m＝J+1，J+2，……，M；所述的第一预失真模型为第一记忆多项式模型，所述的第一记忆多项式模型表示为d(n)为所述的第一记忆多项式模型的输出，即第一预失真模型的输出，符号“||”为取模运算符号，符号“Σ”为累加符号，为所述的第一记忆多项式预模型的模型系数，K1为所述的第一记忆多项式模型的最高阶次，k1＝0，1，2，……，K1，Q1为所述的第一记忆多项式模型的记忆深度，Q1为大于等于0且小于等于3的整数，q1＝0，1，2，……，Q1；所述的第二预失真模型为并行非线性两厢模型，所述的并行非线性两厢模型包括查找表、第二记忆多项式模型和加法器，所述的查找表的输出端和第二记忆多项式模型的输出端与所述的加法器的输入端连接，所述的并行非线性两厢模型表示为d(m)＝d1(m)+d2(m)，其中，d1(m)为查找表的输出，d2(m)为第二记忆多项式模型的输出，d(m)为加法器的输出，即所述的第二预失真模型的输出；所述的第二记忆多项式模型表示为符号“||”为取模运算符号，符号“Σ”为累加符号，为所述的第二记忆多项式预模型的模型系数，K2为所述的第二记忆多项式模型的最高阶次，k2＝0，1，2，……，K2，Q2为所述的第二记忆多项式模型的记忆深度，Q2为大于等于0且小于等于3的整数，q2＝0，1，2，……，Q2。
K1为大于等于3小于等于7的整数，K2为大于等于3小于等于7的整数。
与现有技术相比，本发明的优点在于通过第一预失真模型、第二预失真模型、IQ补偿模型和切换开关来构建用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，第一预失真模型用于对第一段原始基带数据序列进行预失真处理，第二预失真模型用于对第二段原始基带数据序列进行预失真处理，第一段原始基带数据序列为在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列中从第一个原始基带数据开始至模值最大的原始基带数据组成的序列，第二段原始基带数据序列为原始基带数据序列除去第一段原始基带数据序列后剩余的原始基带数据组成的序列；预失真开始时，在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列通过切换开关输入，首先，第一段原始基带数据序列通过切换开关输入第一预失真模型，第一预失真模型对第一段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理，当第一段原始基带数据序列输送完毕后，切换开关切换到第二预失真模型，第二段原始基带数据序列通过切换开关输入第二预失真模型中，第二预失真模型对第二段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理，由此能同时对射频功放自身原因导致的非线性失真和IQ缺陷所导致的线性度失真进行补偿，预失真精度高。
附图说明
图1为本发明的用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器的结构图；
图2为本发明的用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器的第二预失真模型的结构图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图1所示，一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，包括第一预失真模型、第二预失真模型、IQ补偿模型和切换开关，第一预失真模型用于对第一段原始基带数据序列进行预失真处理，第二预失真模型用于对第二段原始基带数据序列进行预失真处理，第一段原始基带数据序列为在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列中从第一个原始基带数据开始至模值最大的原始基带数据组成的序列，第二段原始基带数据序列为原始基带数据序列除去第一段原始基带数据序列后剩余的原始基带数据组成的序列；预失真开始时，在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列通过切换开关输入，首先，第一段原始基带数据序列通过切换开关输入第一预失真模型，第一预失真模型对第一段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理，当第一段原始基带数据序列输送完毕后，切换开关切换到第二预失真模型，第二段原始基带数据序列通过切换开关输入第二预失真模型中，第二预失真模型对第二段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理。
本实施例中，第一预失真模型和第二预失真模型分别采用其技术领域的成熟产品。
实施例二：如图1所示，一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，包括第一预失真模型、第二预失真模型、IQ补偿模型和切换开关，第一预失真模型用于对第一段原始基带数据序列进行预失真处理，第二预失真模型用于对第二段原始基带数据序列进行预失真处理，第一段原始基带数据序列为在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列中从第一个原始基带数据开始至模值最大的原始基带数据组成的序列，第二段原始基带数据序列为原始基带数据序列除去第一段原始基带数据序列后剩余的原始基带数据组成的序列；预失真开始时，在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列通过切换开关输入，首先，第一段原始基带数据序列通过切换开关输入第一预失真模型，第一预失真模型对第一段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理，当第一段原始基带数据序列输送完毕后，切换开关切换到第二预失真模型，第二段原始基带数据序列通过切换开关输入第二预失真模型中，第二预失真模型对第二段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理。
本实施例中，第一预失真模型和第二预失真模型分别采用其技术领域的成熟产品。
本实施例中，将在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列记为x(N)，N＝1，2，……，M，M表示原始基带数据序列中含有的原始基带数据的数量，将原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据记为x(J)，J为大于等于1且小于等于M的整数，将第一预失真模型的输出记为d(n)，n＝1，2，……，J，将第二预失真模型的输出记为d(m)，m＝J+1，J+2，……，M；IQ补偿模型为u(N)为IQ补偿模型的输出，α和β为正交调制器的不平衡系数，γ为正交调制器的直流泄露，符号“*”为共轭运算符号。
实施例三：如图1所示，一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，包括第一预失真模型、第二预失真模型、IQ补偿模型和切换开关，第一预失真模型用于对第一段原始基带数据序列进行预失真处理，第二预失真模型用于对第二段原始基带数据序列进行预失真处理，第一段原始基带数据序列为在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列中从第一个原始基带数据开始至模值最大的原始基带数据组成的序列，第二段原始基带数据序列为原始基带数据序列除去第一段原始基带数据序列后剩余的原始基带数据组成的序列；预失真开始时，在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列通过切换开关输入，首先，第一段原始基带数据序列通过切换开关输入第一预失真模型，第一预失真模型对第一段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理，当第一段原始基带数据序列输送完毕后，切换开关切换到第二预失真模型，第二段原始基带数据序列通过切换开关输入第二预失真模型中，第二预失真模型对第二段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理。
本实施例中，将在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列记为x(N)，N＝1，2，……，M，M表示原始基带数据序列中含有的原始基带数据的数量，将原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据记为x(J)，J为大于等于1且小于等于M的整数，将第一预失真模型的输出记为d(n)，n＝1，2，……，J，将第二预失真模型的输出记为d(m)，m＝J+1，J+2，……，M；第一预失真模型为第一记忆多项式模型，第一记忆多项式模型表示为d(n)为第一记忆多项式模型的输出，即第一预失真模型的输出，符号“||”为取模运算符号，符号“Σ”为累加符号，为第一记忆多项式预模型的模型系数，K1为第一记忆多项式模型的最高阶次，k1＝0，1，2，……，K1，Q1为第一记忆多项式模型的记忆深度，Q1为大于等于0且小于等于3的整数，q1＝0，1，2，……，Q1；本处需要说明的是：当q1≥n时，x(n-q1)在第一段原始基带数据序列种并不存在，第一记忆多项式模型对第一段原始基带数据序列中的原始基带数据x(f)不作处理，其中f＝1，2，…q1，此时第一预失真模型的输出直接为x(f)。如图2所示，第二预失真模型为并行非线性两厢模型，并行非线性两厢模型包括查找表、第二记忆多项式模型和加法器，查找表的输出端和第二记忆多项式模型的输出端与加法器的输入端连接，并行非线性两厢模型表示为d(m)＝d1(m)+d2(m)，其中，d1(m)为查找表的输出，d2(m)为第二记忆多项式模型的输出，d(m)为加法器的输出，即第二预失真模型的输出；第二记忆多项式模型表示为符号“||”为取模运算符号，符号“Σ”为累加符号，为第二记忆多项式预模型的模型系数，K2为第二记忆多项式模型的最高阶次，k2＝0，1，2，……，K2，Q2为第二记忆多项式模型的记忆深度，Q2为大于等于0且小于等于3的整数，q2＝0，1，2，……，Q2；本处需要说明的是：当q2≥m时，x(m-q2)在第二段原始基带数据序列种并不存在，第二记忆多项式模型对第二段原始基带数据序列中的原始基带数据x(w)不作处理，其中w＝J+1，J+2，…q2，此时第二预失真模型的输出直接为x(w)。
实施例四：如图1所示，一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，包括第一预失真模型、第二预失真模型、IQ补偿模型和切换开关，第一预失真模型用于对第一段原始基带数据序列进行预失真处理，第二预失真模型用于对第二段原始基带数据序列进行预失真处理，第一段原始基带数据序列为在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列中从第一个原始基带数据开始至模值最大的原始基带数据组成的序列，第二段原始基带数据序列为原始基带数据序列除去第一段原始基带数据序列后剩余的原始基带数据组成的序列；预失真开始时，在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列通过切换开关输入，首先，第一段原始基带数据序列通过切换开关输入第一预失真模型，第一预失真模型对第一段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理，当第一段原始基带数据序列输送完毕后，切换开关切换到第二预失真模型，第二段原始基带数据序列通过切换开关输入第二预失真模型中，第二预失真模型对第二段原始基带数据序列进行预失真处理后输入IQ补偿模型中进行IQ补偿处理。
本实施例中，将在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列记为x(N)，N＝1，2，……，M，M表示原始基带数据序列中含有的原始基带数据的数量，将原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据记为x(J)，J为大于等于1且小于等于M的整数，将第一预失真模型的输出记为d(n)，n＝1，2，……，J，将第二预失真模型的输出记为d(m)，m＝J+1，J+2，……，M；IQ补偿模型为u(N)为IQ补偿模型的输出，α和β为正交调制器的不平衡系数，γ为正交调制器的直流泄露，符号“*”为共轭运算符号。
本实施例中，第一预失真模型为第一记忆多项式模型，第一记忆多项式模型表示为d(n)为第一记忆多项式模型的输出，即第一预失真模型的输出，符号“||”为取模运算符号，符号“Σ”为累加符号，为第一记忆多项式预模型的模型系数，K1为第一记忆多项式模型的最高阶次，k1＝0，1，2，……，K1，Q1为第一记忆多项式模型的记忆深度，Q1为大于等于0且小于等于3的整数，q1＝0，1，2，……，Q1；本处需要说明的是：当q1≥n时，x(n-q1)在第一段原始基带数据序列种并不存在，第一记忆多项式模型对第一段原始基带数据序列中的原始基带数据x(f)不作处理，其中f＝1，2，…q1，此时第一预失真模型的输出直接为x(f)。如图2所示，第二预失真模型为并行非线性两厢模型，并行非线性两厢模型包括查找表、第二记忆多项式模型和加法器，查找表的输出端和第二记忆多项式模型的输出端与加法器的输入端连接，并行非线性两厢模型表示为d(m)＝d1(m)+d2(m)，其中，d1(m)为查找表的输出，d2(m)为第二记忆多项式模型的输出，d(m)为加法器的输出，即第二预失真模型的输出；第二记忆多项式模型表示为符号“||”为取模运算符号，符号“Σ”为累加符号，为第二记忆多项式预模型的模型系数，K2为第二记忆多项式模型的最高阶次，k2＝0，1，2，……，K2，Q2为第二记忆多项式模型的记忆深度，Q2为大于等于0且小于等于3的整数，q2＝0，1，2，……，Q2；本处需要说明的是：当q2≥m时，x(m-q2)在第二段原始基带数据序列种并不存在，第二记忆多项式模型对第二段原始基带数据序列中的原始基带数据x(w)不作处理，其中w＝J+1，J+2，…q2，第二预失真模型的输出直接为x(w)。
本实施例中，K1为大于等于3小于等于7的整数，K2为大于等于3小于等于7的整数。
上述所有实施例中，原始基带数据序列中含有的原始基带数据的数量M根据实际需要选取，通常不小于2000。

Claims (4)

1.一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，其特征在于包括第一预失真模型、第二预失真模型、IQ补偿模型和切换开关，所述的第一预失真模型用于对第一段原始基带数据序列进行预失真处理，所述的第二预失真模型用于对第二段原始基带数据序列进行预失真处理，所述的第一段原始基带数据序列为在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列中从第一个原始基带数据开始至模值最大的原始基带数据组成的序列，所述的第二段原始基带数据序列为原始基带数据序列除去第一段原始基带数据序列后剩余的原始基带数据组成的序列；
预失真开始时，在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列通过所述的切换开关输入，首先，第一段原始基带数据序列通过切换开关输入第一预失真模型，第一预失真模型对第一段原始基带数据序列进行预失真处理后输入所述的IQ补偿模型中进行IQ补偿处理，当第一段原始基带数据序列输送完毕后，所述的切换开关切换到第二预失真模型，第二段原始基带数据序列通过切换开关输入第二预失真模型中，第二预失真模型对第二段原始基带数据序列进行预失真处理后输入所述的IQ补偿模型中进行IQ补偿处理。
2.根据权利要求1所述的一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，其特征在于将在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列记为x(N)，N＝1，2，……，M，M表示原始基带数据序列中含有的原始基带数据的数量，将所述的原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据记为x(J)，J为大于等于1且小于等于M的整数，将第一预失真模型的输出记为d(n)，n＝1，2，……，J，将第二预失真模型的输出记为d(m)，m＝J+1，J+2，……，M；
所述的IQ补偿模型为u(N)为IQ补偿模型的输出，α和β为驱动该高场MRI高功率射频功放的正交调制器的不平衡系数，γ为驱动该高场MRI高功率射频功放的正交调制器的直流泄露，符号“*”为共轭运算符号。
3.根据权利要求1所述的一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，其特征在于将在高场MRI高功率射频功放的输入端提取的原始基带数据序列记为x(N)，N＝1，2，……，M，M表示原始基带数据序列中含有的原始基带数据的数量，将所述的原始基带数据序列中模值最大的原始基带数据记为x(J)，J为大于等于1且小于等于M的整数，将第一预失真模型的输出记为d(n)，n＝1，2，……，J，将第二预失真模型的输出记为d(m)，m＝J+1，J+2，……，M；
所述的第一预失真模型为第一记忆多项式模型，所述的第一记忆多项式模型表示为d(n)为所述的第一记忆多项式模型的输出，即第一预失真模型的输出，符号“||”为取模运算符号，符号“Σ”为累加符号，为所述的第一记忆多项式预模型的模型系数，K1为所述的第一记忆多项式模型的最高阶次，k1＝0，1，2，……，K1，Q1为所述的第一记忆多项式模型的记忆深度，Q1为大于等于0且小于等于3的整数，q1＝0，1，2，……，Q1；
所述的第二预失真模型为并行非线性两厢模型，所述的并行非线性两厢模型包括查找表、第二记忆多项式模型和加法器，所述的查找表的输出端和第二记忆多项式模型的输出端与所述的加法器的输入端连接，所述的并行非线性两厢模型表示为d(m)＝d1(m)+d2(m)，其中，d1(m)为查找表的输出，d2(m)为第二记忆多项式模型的输出，d(m)为加法器的输出，即所述的第二预失真模型的输出；所述的第二记忆多项式模型表示为符号“||”为取模运算符号，符号“Σ”为累加符号，为所述的第二记忆多项式预模型的模型系数，K2为所述的第二记忆多项式模型的最高阶次，k2＝0，1，2，……，K2，Q2为所述的第二记忆多项式模型的记忆深度，Q2为大于等于0且小于等于3的整数，q2＝0，1，2，……，Q2。
4.根据权利要求3所述的一种用于高场MRI高功率射频功放的数字预失真器，其特征在于K1为大于等于3小于等于7的整数，K2为大于等于3小于等于7的整数。
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