得翼通信創(chuàng)始人&CEO：外掛RPU，捅破射頻天花板

2024上海世界移動通信大會期間，得翼通信以射頻領(lǐng)域新銳之姿，正式發(fā)布了全球首款RPU（Radio Processing Unit）射頻增強(qiáng)處理器和解決方案。得翼通信的創(chuàng)始人兼CEO王子明博士在接受采訪時表示，一切源于5年前那個讓自己夜不能寐的想法，與在通信行業(yè)同一家公司做了快30年的首席科學(xué)家同事深談后兩人一拍即合，決定共同離職創(chuàng)業(yè)，做射頻領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。這期間，AI大火，射頻系統(tǒng)作為連接用戶和云端算力的入口，其價(jià)值更加顯著，市場需求也更加迫切。5年來不停歇的奔跑，今天按照當(dāng)初想法的第一代產(chǎn)品呱呱墜地，就像得翼通信的名字一樣，以“用數(shù)字造射頻”的創(chuàng)新理念，采用先進(jìn)的AI架構(gòu)，搭載數(shù)?；旌项A(yù)失真算法，將為射頻插上翅膀，為客戶創(chuàng)造價(jià)值，為消費(fèi)者解決難題。

AI時代射頻大有可為

過去2年，無論是投資界、還是產(chǎn)業(yè)界，最火的話題莫過于AI了。各種大模型賦能行業(yè)，提高生產(chǎn)力，無論是應(yīng)用還是終端，AI大模型引發(fā)的能力升級，給與了市場各方無窮的想象，其意義和價(jià)值無需贅述。就像愛迪生100多年前發(fā)明燈泡那樣，當(dāng)“信息“的處理、傳遞與使用這三個能力相輔相成，實(shí)現(xiàn)了”火車替代了馬車”的跨越式升級，就會產(chǎn)生巨大的能量，大到能夠改寫社會的組織形態(tài)和發(fā)展效率，推動人類社會從一個時代步入下一個時代。

愛迪生發(fā)明了燈泡，不因?yàn)樗且粋€材料科學(xué)家，而是因?yàn)榘l(fā)電站和電網(wǎng)已經(jīng)初具雛形。他知道只需要燈泡這個消耗電的殺手級應(yīng)用落地，電力的時代就到來了，越來越多的電器產(chǎn)品也將會接踵而至。在信息時代，智能手機(jī)就是這個燈泡，無線信號的傳輸就是電網(wǎng)。越來越多的APP接踵而至，直播、短視頻、游戲、線上會議等等這些應(yīng)用需要越來越多且越來越穩(wěn)定的無線信號。

AI時代飛速到來，有產(chǎn)業(yè)界資深人士說AI的發(fā)展會分為三個階段。

●   第一階段：2021年之前，這時AI不是獨(dú)立存在的，更多時候只是業(yè)務(wù)和產(chǎn)品中的某個環(huán)節(jié)。

●   第二階段：AI開始具備通用能力，可以解決一些大眾化的問題。這時AI可以獨(dú)立驅(qū)動一些產(chǎn)品存在，我們現(xiàn)在就處在這個階段。

●   第三階段：AI的能力穩(wěn)定的大于普遍的個體，AI嵌套應(yīng)用，AI智能驅(qū)動用戶的在線時長必然會大于傳統(tǒng)產(chǎn)品。

在第三個階段，AI的應(yīng)用將不再只是文字輸入、文字輸出的交互形式，大量的實(shí)時視頻、音頻、三維交互的新AI線上應(yīng)用，比如數(shù)字人、機(jī)器人助理，都會落地到家庭、行業(yè)和新型終端中。今天，云端（數(shù)據(jù)中心）已經(jīng)累積了非常大量的計(jì)算算力，在未來的AI應(yīng)用驅(qū)動下，本地終端的算力不足，端云協(xié)同是必然。當(dāng)大量的實(shí)時數(shù)據(jù)要在數(shù)據(jù)中心和家庭路由器/網(wǎng)關(guān)、終端之間進(jìn)行交互，AI應(yīng)用將會是最大的信息數(shù)據(jù)消耗者，局域或者近場對于無線連接能力需求猛增。無線連接作為AI時代的電力線，作為連接物理世界和數(shù)字世界的入口，會扮演著比短視頻時代更加重要的角色，也將是重要的基礎(chǔ)設(shè)施。其中，終端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的射頻系統(tǒng)性能對于用戶使用業(yè)務(wù)時的速率和覆蓋體驗(yàn)的影響凸顯，傳統(tǒng)通過材料和工藝提升性能的方式趨于物理極限，如何滿足需求將會是全行業(yè)面臨的全球性難題，也是一個關(guān)鍵的瓶頸。

五年前那個夜不能寐的想法本質(zhì)就是下面這張簡單的不能再簡單的圖，如何在射頻領(lǐng)域，尤其是消費(fèi)電子領(lǐng)域做到更寬的帶寬、更大的功率和更高的效率，打破這三個在物理上兩兩矛盾的限制，做到既要又要還要，解決上述的全球性難題。

通信需求與射頻性能的剪刀差

從有想法到真正找到落地點(diǎn)并形成產(chǎn)品的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出想象，也深深理解了那句中國的古話，行百里半九十，更何況不止百里，還要千里。5年磨一劍，RPU的推出，承載著得翼通信的思考和當(dāng)前在Wi-Fi領(lǐng)域邁出的第一步。

用戶無感知的連接是最好的連接

首先，請大家回顧一下自己使用的電子產(chǎn)品，是否還記得上一次你使用不同品牌和配置的手機(jī)、筆記本和Pad出現(xiàn)過因CPU引起的卡頓是什么時候？你是否還在意筆記本的CPU速率或者內(nèi)核數(shù)量？手機(jī)還跑分嗎？今天，您手機(jī)或者筆記本遇到的卡頓基本都來自于無線連接的卡頓。沒有好用的網(wǎng)絡(luò)連接，再高配置的終端也都變成了磚頭。

那么今天大家的網(wǎng)絡(luò)連接體驗(yàn)好嗎？

在一次行業(yè)大會上看到一個有意思的統(tǒng)計(jì)，中國的4G、5G網(wǎng)絡(luò)全球第一，光纖入戶比例95%世界第一，但是老百姓對家庭Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的不滿意度卻快速上升，尤其今天當(dāng)用戶在家上網(wǎng)不再只是簡單的瀏覽網(wǎng)頁，而是觀看短視頻、看直播、打游戲、用微信視頻或者騰訊會議這些對網(wǎng)絡(luò)非常敏感的應(yīng)用，以及小紅書這類要加載大量高清圖片的應(yīng)用。

用戶對網(wǎng)絡(luò)的不滿意是因?yàn)橹袊酚善髟试S的輸出功率低于歐美嗎？2021年中國無線電管理委員會已經(jīng)把5.8G的全向功率限制提高到和美國FCC同樣的33dBm（2瓦），情況依然不容樂觀。其實(shí)，歐美的家庭也同樣面臨著室內(nèi)路由器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的難題。根據(jù)美國一個調(diào)查，65%-70%的受訪者表示他們需要嘗試優(yōu)化路由器的位置，18%的受訪者極度不滿現(xiàn)在的Wi-Fi狀況，即使Wi-Fi 6的引入也沒有帶來改善。

回想起一開始提到的，當(dāng)用戶已經(jīng)忘記了手機(jī)、電腦和平板的CPU配置，也忽略了它的存在是件多么幸福的事！忘記它，無感知的供給才是最好的。那么網(wǎng)絡(luò)連接能不能也像是CPU一樣，性能足夠冗余到讓用戶也忘記網(wǎng)絡(luò)的存在，不用勞神費(fèi)力的折騰路由器的擺放位置、糾結(jié)各種組網(wǎng)方案和穿墻王 ？用戶就簡簡單單的買臺設(shè)備，插上電就能好好上個網(wǎng)。這個樸素的需求背后和現(xiàn)有能力之間的差距今天到底有多大？

不同公司對這個問題的定義和目標(biāo)是不同的，得翼定義要解決的問題是“實(shí)現(xiàn)射頻性能10倍于現(xiàn)有能力”，讓用戶無感知的連接是最好的連接。CPU行業(yè)的發(fā)展吸引了無數(shù)的資源才走到今天，射頻行業(yè)要實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，難嗎？

把再多的馬車連在一起也得不到一輛火車

要做到10倍的能力，大多數(shù)人的第一反應(yīng)就是“多”，多臺、多天線、多通道……通過壘資源來實(shí)現(xiàn)。

確實(shí)，今天行業(yè)共識是一臺路由器的覆蓋能力是有限的，擴(kuò)大用戶可感知高速率的覆蓋范圍需要更多的設(shè)備或資源來實(shí)現(xiàn)，同時行業(yè)也認(rèn)同這種“多“會帶來其它的諸如管理、切換和干擾等副作用。

如果不想用多臺，單臺路由器上引入國際頭部大廠的元器件可以提高10倍性能嗎？先說答案，不能！ 首先，我們先來界定下覆蓋問題的來源。Wi-Fi信號不穩(wěn)定，有死角，是寬帶套餐的入戶網(wǎng)速不夠快嗎？是路由器基帶芯片處理能力不夠強(qiáng)大嗎？今天一臺150塊錢AX3000的WiFi6路由器，已經(jīng)能夠支持3000MHz的吞吐率、帶128個連接終端，幾十個設(shè)備同時使用。對于家庭使用場景，接入帶寬和用戶管理能力已經(jīng)綽綽有余。在一個通信系統(tǒng)中，覆蓋主要是由射頻系統(tǒng)決定的，那用戶體驗(yàn)不好是因?yàn)榘l(fā)射功率的限制嗎？EIRP-33dBm（2瓦）的法規(guī)許可其實(shí)是挺高的。性能瓶頸的根源其實(shí)來自射頻系統(tǒng)本身的特點(diǎn)，在今天傳統(tǒng)材料和工藝的情況下，射頻功率放大器在Wi-Fi6的高速傳輸下（MCS11），即使射頻高端產(chǎn)品線的全球頭部大廠也只做到輸出100mW的功率。

那么加錢壘料可以嗎？加錢也沒用！加錢都不行那這事就很有意思了。

這事要回到射頻系統(tǒng)的本源。對講機(jī)輕輕松松發(fā)射幾W的功率，因?yàn)閹捄皖l點(diǎn)都很低，只需要傳小數(shù)據(jù)量的語音就行。而Wi-Fi路由器如果要發(fā)射大帶寬，數(shù)據(jù)功率就上不去，穿個墻很費(fèi)勁。射頻系統(tǒng)功放（PA）器件要追求性能，一般都要使用GaAs或者GaN這種化合物?，F(xiàn)在最新的iPhone手機(jī)里的射頻PA都是GaAs材料的，而諾基亞的2G手機(jī)也是使用GaAs，二十年了還沒升級。5G宏基站為了對抗高頻、高帶寬、高耗電的特點(diǎn)開始第一次使用GaN材料。什么時候能在路由器或者手機(jī)上使用高壓、高失真的GaN，單靠材料升級導(dǎo)入設(shè)備可能還需要10年？

射頻世界發(fā)展之緩慢常常被我們忽略，它其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于數(shù)字世界遵循的摩爾定律，但用戶和應(yīng)用對通信吞吐和帶寬發(fā)展的需求是飛速的，5年50倍不為過，這之間就是越來越大的鴻溝。就像我們今天已經(jīng)遇到的，數(shù)字基帶芯片的極速吞吐能力越來越強(qiáng)大，Wi-Fi7處理能力已經(jīng)接近10Gbps了，但是射頻主導(dǎo)的覆蓋能力方面，我們感受到的卻是越來越多的卡頓和不穩(wěn)定，沿著當(dāng)前路線這個趨勢，情況還會不斷惡化！

讓用戶忘記無線連接的存在，需要10倍的射頻性能提高，而靠更多的馬車連在一起也得不到一輛火車的性能，且代價(jià)巨大。行業(yè)需要新思路。

怎么得到10倍提升的火車性能？

得翼提出的辦法是采用數(shù)字補(bǔ)償?shù)姆桨?，也就是功放線性化技術(shù)，學(xué)術(shù)上叫做預(yù)失真。可以用眼鏡的原理來解釋預(yù)失真技術(shù)。功率放大器就像是一個“視力不佳”的設(shè)備，它在放大信號的過程中會產(chǎn)生失真，如同光線沒有正確聚焦一樣，看的越遠(yuǎn)就越不清楚。預(yù)失真技術(shù)就像是為功率放大器量身定做的“眼鏡”。通過在信號進(jìn)入功率放大器之前對其進(jìn)行預(yù)處理，提前添加一定量的反向失真（因此被稱為“預(yù)失真”），通過負(fù)負(fù)得正的原理，以抵消功率放大器在放大過程中產(chǎn)生的非線性失真。最終，眼睛不好靠眼鏡來精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，隨著環(huán)境條件的變化，眼睛的視力是不斷變化的，因此眼鏡度數(shù)也得快速調(diào)整（被稱為收斂）。

眼鏡不僅性能要好，看近處像有了個顯微鏡能省眼力（省電），看遠(yuǎn)處像帶了個望遠(yuǎn)鏡看的既遠(yuǎn)又清楚（大功率），還要做到Wi-Fi和手機(jī)等消費(fèi)電子都能用的起。得翼率先定義并推出了獨(dú)立于基帶和FEM（Wi-Fi功放的?？欤┬酒?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/RPU">RPU（Radio Processing Unit）射頻增強(qiáng)處理器，RPU包含了預(yù)失真、數(shù)字削峰、濾波器、IQ矯正、功放保護(hù)等一眾的數(shù)字處理功能，同時還支持模擬輸入、模擬輸出，不會被基帶協(xié)議限制，核心功能是負(fù)責(zé)射頻鏈路和FEM的一系列補(bǔ)償和線性化。

當(dāng)使用的時候，RPU和基帶芯片解耦，可以獨(dú)立外掛在基帶芯片外。RPU和基帶芯片的關(guān)系就像GPU顯卡和CPU的關(guān)系。CPU影響用戶計(jì)算工作任務(wù)的響應(yīng)速度，GPU負(fù)責(zé)提高顯示工作的處理能力，計(jì)算工作和顯示工作是相互獨(dú)立的需求。如果需要更快的計(jì)算，不關(guān)注高清電影和復(fù)雜游戲，可以買更貴的CPU，使用CPU內(nèi)置顯卡。如果需要高清娛樂和順暢游戲，就買獨(dú)立的GPU。有的電腦只需要內(nèi)置顯卡，有的電腦預(yù)算則主要分配于外置顯卡，這是兩種不同的用戶需求。

同理，如果通信產(chǎn)品需要更大的吞吐性能或者支持更多的實(shí)時寬帶用戶，基帶能力更重要，可以使用內(nèi)置FEM或者傳統(tǒng)外置線性FEM。如果通信產(chǎn)品關(guān)心每個位置的信號質(zhì)量和網(wǎng)速，或者需要保證高速率下盡可能遠(yuǎn)的覆蓋范圍，則可以使用外掛RPU+非線性FEM的方式。 

做這事有多難，和大廠的區(qū)別？

2024年初，海外大廠Wi-Fi7的基帶芯片里面也宣稱自帶數(shù)字預(yù)失真DPD功能，支持非線性FEM，這是好事，說明大家的技術(shù)方向是相似的。那么和大廠相比，得翼研發(fā)的RPU和基帶內(nèi)部自帶DPD有什么區(qū)別呢？

簡單說，兩者關(guān)注的焦點(diǎn)不一樣，因此定位解決的問題也不同。

首先，RPU包含的不止是預(yù)失真算法，還擁有宏基站里面常用的全套補(bǔ)償系統(tǒng)，包括CFR削峰、寬帶均衡器、閉環(huán)功率控制、IQ不平衡矯正等一系列的數(shù)字補(bǔ)償算法，算法深度和性能的目標(biāo)不同。

其次，得翼的焦點(diǎn)在于在盡可能小的芯片面積下實(shí)現(xiàn)極致的預(yù)失真矯正能力。發(fā)布的RPU芯片雖然面積小，但是能夠支持市面上主流直放站和宏基站用的大功率GaN Doherty PA。在客戶的60W 100MHz GaN PA下能夠達(dá)到主流宏基站商用DPD的矯正能力。因此RPU類似于外置顯卡的性能一樣，代表著時下射頻矯正能力的天花板，可以用在大部分宏基站中，但同時也是普通家用通信產(chǎn)品用的上、用的起的。對應(yīng)于Wi-Fi產(chǎn)品，得翼最新發(fā)布搭載了RPU的模組方案，配合非線性FEM在5GHz-6GHz頻段、MCS11速率下，完成了500mW和1W待量產(chǎn)方案，以及3W的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。而目前采用基帶自帶DPD配合非線性FEM的方案，高網(wǎng)速下的輸出功率還維持在100mW左右。就像開篇提到的，不同廠家對于射頻系統(tǒng)需要解決的問題定位不同，根據(jù)我們的用戶調(diào)研，用戶并不關(guān)心一臺設(shè)備多出來的幾百毫瓦的FEM耗電，而更關(guān)心設(shè)備的高速覆蓋能力。但是既大幅提高效率，又大幅提高發(fā)射功率，又在高頻5GHz以上，這需要配合非線性很強(qiáng)的FEM，以及極強(qiáng)的線性化矯正能力。這也是外掛RPU芯片的意義，即追求最大限度地解決用戶在射頻性能上的痛點(diǎn)。

第三，RPU芯片支持模擬信號輸入、模擬信號輸出，可以跟基帶芯片解耦。方案商和整機(jī)廠商可以根據(jù)需求來選擇是否使用外掛RPU的方式來增強(qiáng)射頻功率，或者使用哪種基帶芯片配合。就像電腦用戶可以選擇外掛GPU顯卡一樣。

RPU芯片和面向路由器的模組

高性能RPU芯片能給WiFi射頻領(lǐng)域帶來哪些變化？

對于這樣的一個打破射頻天花板的外掛RPU，具體到它能為行業(yè)帶來怎樣的變化，我們可以總結(jié)為如下幾點(diǎn)，希望可以有機(jī)會和更多的同行交流實(shí)踐：

●   突破射頻性能的約束三角，實(shí)現(xiàn)既高吞吐、又高功率、還高效率。

●   實(shí)時閉環(huán)校準(zhǔn)PA各類失真。RPU內(nèi)置強(qiáng)大的數(shù)字處理能力保證PA的良率。過去，線性PA的線性度、功率和效率主要由PA自身的設(shè)計(jì)和工藝來保證，兼顧性能難，獲得更高的性能要保證良率更難。RPU方案不要求PA的初始線性，只關(guān)注飽和功率。和傳統(tǒng)的線性FEM相比，可以明顯降低對PA的要求。

●   抗老化和一致性補(bǔ)償。在高低溫下，保證FEM的吞吐和功率不變。由于Wi-Fi設(shè)備常年不掉電持續(xù)工作，電容電阻值變化會導(dǎo)致阻抗匹配漂移，功放管內(nèi)部老化等，造成覆蓋能力不斷惡化。RPU方案支持實(shí)時閉環(huán)校準(zhǔn)，可以修正老化帶來的問題，保證長期使用下功率的穩(wěn)定。

●   大幅抑制帶外泄露。RPU不只矯正帶內(nèi)EVM失真，還會大幅抑制帶外泄露，不止本設(shè)備性能好，還降低對鄰居/無人機(jī)等多臺設(shè)備間的相互干擾。

●   家庭場景高速覆蓋能力增強(qiáng)。一臺具備射頻增強(qiáng)能力的路由器設(shè)備可以輕松實(shí)現(xiàn)全屋信號滿格，體驗(yàn)升格，滿足大部分家庭用戶和戶型需求，化繁為簡。

時下，人們都在談?wù)撔酒袠I(yè)的長期高投入和資本寒冬下的割裂，面對射頻行業(yè)的同質(zhì)化和無限內(nèi)卷，創(chuàng)新確實(shí)是一件非常不容易的事。得翼選擇了這條“用數(shù)字造射頻”的嶄新之路。RPU的定義和發(fā)布，希望能夠給行業(yè)通信產(chǎn)品和家庭通信產(chǎn)品的研發(fā)帶來一些新的思考。比如當(dāng)前，單臺設(shè)備提供更大的高速信號覆蓋范圍，網(wǎng)橋類產(chǎn)品支持更高的傳輸速度和更長的傳輸距離，增大PA功率降低天線增益來節(jié)省昂貴沉重的定向天線，再比如無人機(jī)高密度自組網(wǎng)，工業(yè)WiFi能夠做到5-10年穩(wěn)定功率輸出不掉速，工廠高密度組網(wǎng)場景互不干擾等等。在未來，AI首先會落地家庭場景和移動終端場景，作為室內(nèi)永不斷電的設(shè)備- Wi-Fi路由器和一直隨身攜帶的手機(jī)終端，都會承載著巨量的數(shù)據(jù)交互任務(wù)。能否省電、大吞吐、不斷線的交互數(shù)據(jù)，也將是AI時代端云協(xié)同，用戶連接云端算力的重要基礎(chǔ)。更多的場景和應(yīng)用還需要接下來一步一個腳印去落實(shí)。

量變不引起質(zhì)變，創(chuàng)新難但能推動行業(yè)長期發(fā)展才有意義。在中國通信行業(yè)的創(chuàng)新之路上，希望能夠有機(jī)會同廣大射頻PA/FEM公司、整機(jī)方案公司一起合作，大家一起做用戶需要的好產(chǎn)品。