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，得翼通信以射頻領域新銳之姿，正式發(fā)布了全球首款RPU（Radio Processing Unit）射頻增強處理器和解決方案。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，今天按照當初想法的第一代產品呱呱墜地，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，采用先進的AI架構，搭載數(shù)?；旌项A失真算法，將為射頻插上翅膀，為客戶創(chuàng)造價值，為消費者解決難題。

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)，提高生產力，無論是應用還是終端，AI大模型引發(fā)的能力升級，給與了市場各方無窮的想象，其意義和價值無需贅述。就像愛迪生100多年前發(fā)明燈泡那樣，當“信息“的處理、傳遞與使用這三個能力相輔相成，實現(xiàn)了”火車替代了馬車”的跨越式升級，就會產生巨大的能量，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，不因為他是一個材料科學家，而是因為發(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用落地，電力的時代就到來了，越來越多的電器產品也將會接踵而至。在信息時代，智能手機就是這個燈泡，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不是獨立存在的，更多時候只是業(yè)務和產品中的某個環(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可以獨立驅動一些產品存在，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嵌套應用，AI智能驅動用戶的在線時長必然會大于傳統(tǒng)產品。

在第三個階段，AI的應用將不再只是文字輸入、文字輸出的交互形式，大量的實時視頻、音頻、三維交互的新AI線上應用，比如數(shù)字人、機器人助理，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算算力，在未來的AI應用驅動下，本地終端的算力不足，端云協(xié)同是必然。當大量的實時數(shù)據(jù)要在數(shù)據(jù)中心和家庭路由器/網(wǎng)關、終端之間進行交互，AI應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，也將是重要的基礎設施。其中，終端和網(wǎng)絡設備的射頻系統(tǒng)性能對于用戶使用業(yè)務時的速率和覆蓋體驗的影響凸顯，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，也是一個關鍵的瓶頸。

五年前那個夜不能寐的想法本質就是下面這張簡單的不能再簡單的圖，如何在射頻領域，尤其是消費電子領域做到更寬的帶寬、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并形成產品的難度遠遠超出想象，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前在Wi-Fi領域邁出的第一步。

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品，是否還記得上一次你使用不同品牌和配置的手機、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速率或者內核數(shù)量？手機還跑分嗎？今天，您手機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)絡連接體驗好嗎？

在一次行業(yè)大會上看到一個有意思的統(tǒng)計，中國的4G、5G網(wǎng)絡全球第一，光纖入戶比例95%世界第一，但是老百姓對家庭Wi-Fi網(wǎng)絡質量的不滿意度卻快速上升，尤其今天當用戶在家上網(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)絡非常敏感的應用，以及小紅書這類要加載大量高清圖片的應用。

用戶對網(wǎng)絡的不滿意是因為中國路由器允許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，歐美的家庭也同樣面臨著室內路由器網(wǎng)絡覆蓋的難題。根據(jù)美國一個調查，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，當用戶已經(jīng)忘記了手機、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)絡的存在，不用勞神費力的折騰路由器的擺放位置、糾結各種組網(wǎng)方案和穿墻王 ？用戶就簡簡單單的買臺設備，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是不同的，得翼定義要解決的問題是“實現(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)要實現(xiàn)這點，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)人的第一反應就是“多”，多臺、多天線、多通道……通過壘資源來實現(xiàn)。

確實，今天行業(yè)共識是一臺路由器的覆蓋能力是有限的，擴大用戶可感知高速率的覆蓋范圍需要更多的設備或資源來實現(xiàn)，同時行業(yè)也認同這種“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，那用戶體驗不好是因為發(fā)射功率的限制嗎？EIRP-33dBm（2瓦）的法規(guī)許可其實是挺高的。性能瓶頸的根源其實來自射頻系統(tǒng)本身的特點，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。對講機輕輕松松發(fā)射幾W的功率，因為帶寬和頻點都很低，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手機里的射頻PA都是GaAs材料的，而諾基亞的2G手機也是使用GaAs，二十年了還沒升級。5G宏基站為了對抗高頻、高帶寬、高耗電的特點開始第一次使用GaN材料。什么時候能在路由器或者手機上使用高壓、高失真的GaN，單靠材料升級導入設備可能還需要10年？

射頻世界發(fā)展之緩慢常常被我們忽略，它其實遠遠低于數(shù)字世界遵循的摩爾定律，但用戶和應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大，Wi-Fi7處理能力已經(jīng)接近10Gbps了，但是射頻主導的覆蓋能力方面，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)字補償?shù)姆桨?，也就是功放線性化技術，學術上叫做預失真?？梢杂醚坨R的原理來解釋預失真技術。功率放大器就像是一個“視力不佳”的設備，它在放大信號的過程中會產生失真，如同光線沒有正確聚焦一樣，看的越遠就越不清楚。預失真技術就像是為功率放大器量身定做的“眼鏡”。通過在信號進入功率放大器之前對其進行預處理，提前添加一定量的反向失真（因此被稱為“預失真”），通過負負得正的原理，以抵消功率放大器在放大過程中產生的非線性失真。最終，眼睛不好靠眼鏡來精準調節(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），看遠處像帶了個望遠鏡看的既遠又清楚（大功率），還要做到Wi-Fi和手機等消費電子都能用的起。得翼率先定義并推出了獨立于基帶和FEM（Wi-Fi功放的?？欤┬酒?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/RPU">RPU（Radio Processing Unit）射頻增強處理器，RPU包含了預失真、數(shù)字削峰、濾波器、IQ矯正、功放保護等一眾的數(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，核心功能是負責射頻鏈路和FEM的一系列補償和線性化。

當使用的時候，RPU和基帶芯片解耦，可以獨立外掛在基帶芯片外。RPU和基帶芯片的關系就像GPU顯卡和CPU的關系。CPU影響用戶計算工作任務的響應速度，GPU負責提高顯示工作的處理能力，計算工作和顯示工作是相互獨立的需求。如果需要更快的計算，不關注高清電影和復雜游戲，可以買更貴的CPU，使用CPU內置顯卡。如果需要高清娛樂和順暢游戲，就買獨立的GPU。有的電腦只需要內置顯卡，有的電腦預算則主要分配于外置顯卡，這是兩種不同的用戶需求。

同理，如果通信產品需要更大的吞吐性能或者支持更多的實時寬帶用戶，基帶能力更重要，可以使用內置FEM或者傳統(tǒng)外置線性FEM。如果通信產品關心每個位置的信號質量和網(wǎng)速，或者需要保證高速率下盡可能遠的覆蓋范圍，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)字預失真DPD功能，支持非線性FEM，這是好事，說明大家的技術方向是相似的。那么和大廠相比，得翼研發(fā)的RPU和基帶內部自帶DPD有什么區(qū)別呢？

簡單說，兩者關注的焦點不一樣，因此定位解決的問題也不同。

首先，RPU包含的不止是預失真算法，還擁有宏基站里面常用的全套補償系統(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)字補償算法，算法深度和性能的目標不同。

其次，得翼的焦點在于在盡可能小的芯片面積下實現(xiàn)極致的預失真矯正能力。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品用的上、用的起的。對應于Wi-Fi產品，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待量產方案，以及3W的實驗室數(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)我們的用戶調研，用戶并不關心一臺設備多出來的幾百毫瓦的FEM耗電，而更關心設備的高速覆蓋能力。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的FEM，以及極強的線性化矯正能力。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。

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，我們可以總結為如下幾點，希望可以有機會和更多的同行交流實踐：

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

●   實時閉環(huán)校準PA各類失真。RPU內置強大的數(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自身的設計和工藝來保證，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。

●   抗老化和一致性補償。在高低溫下，保證FEM的吞吐和功率不變。由于Wi-Fi設備常年不掉電持續(xù)工作，電容電阻值變化會導致阻抗匹配漂移，功放管內部老化等，造成覆蓋能力不斷惡化。RPU方案支持實時閉環(huán)校準，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EVM失真，還會大幅抑制帶外泄露，不止本設備性能好，還降低對鄰居/無人機等多臺設備間的相互干擾。

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

時下，人們都在談論芯片行業(yè)的長期高投入和資本寒冬下的割裂，面對射頻行業(yè)的同質化和無限內卷，創(chuàng)新確實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)通信產品和家庭通信產品的研發(fā)帶來一些新的思考。比如當前，單臺設備提供更大的高速信號覆蓋范圍，網(wǎng)橋類產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，作為室內永不斷電的設備- Wi-Fi路由器和一直隨身攜帶的手機終端，都會承載著巨量的數(shù)據(jù)交互任務。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。更多的場景和應用還需要接下來一步一個腳印去落實。

量變不引起質變，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，希望能夠有機會同廣大射頻PA/FEM公司、整機方案公司一起合作，大家一起做用戶需要的好產品。