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“空调、Wi-Fi、西瓜”被戏称为夏日续命三件套，可见Wi-Fi的普及度有多广。
根据Wi-Fi联盟的预测，2024年全球将有数十亿人和180亿台设备依赖Wi-Fi连接入网，Wi-Fi设备出货量将增至每年约40亿台。
另根据ABI Research的数据显示，2022年Wi-Fi上传流量激增80%，Wi-Fi数据流量已超过蜂窝流量，且成为流量增量贡献最大的接入方式。
然而所有的Wi-Fi路由器在出厂时都不会标注在多远的距离之上有多大的带宽，这也是为什么当我们“关门吃西瓜就可能出现手机发热，甚至视频卡顿” 的原因所在。
事实上，Wi-Fi的穿墙问题一直普遍存在，那么到底是什么原因导致了这项性能桎梏呢？
拒绝“死角和卡顿”，关键在射频系统
基带芯片作为设备的数字中枢，承担着数据处理和通信协议的管理工作，确保信息的准确编码和解码，以及高效的协议执行。而射频芯片则扮演着无线通信的引擎角色，负责将数字信号转化为无线信号，通过精细的放大和频率控制，实现信号的稳定传输和接收。两者的紧密协作，使得通信设备能够实现高速、可靠的数据传输和无缝的通信连接。
换言之，基带芯片主要影响通讯设备的最大吞吐，例如网速最高能跑到多少。射频芯片则决定的是用户距离这个设备多远之后，还能剩下多少的网速。
受到通信技术和半导体技术快速发展的影响，基带芯片迭代迅速，其吞吐量在5年内翻了50倍不止。然而，与其形成鲜明对比的是射频系统的发展，几乎可以用“停滞不前”来形容。
图 | 得翼通信创始人&CEO王子明，来源：得翼通信
得翼通信创始人&CEO王子明告诉笔者：“二十几年前的2G诺基亚手机中的射频器件用的是GaAs材料，今天包括苹果等手机大厂在内的企业用的射频器件依旧使用的是GaAs材料。由于材料没变，所以只能依赖于工艺慢慢提高性能，这与摩尔定律下的数字芯片迭代速度是完全不匹配的。”
“此外，射频器件不像数字芯片，CMOS工艺突破后良率是比较稳定的，对于射频器件来讲，良率极度依赖于供应链，在量产过程中依旧会受材料、生产环境等因素影响，不太可控。” 王子明补充道。
事实上，射频技术的发展和通信需求之间至少差了10倍的性能差距。与数字系统追求极致性能相比，射频系统一直在追求平衡，这是因为射频系统会同时面临着发射功率、信号的线性度和系统效率三者之间两两互斥的矛盾。
图 | 射频性能落后于通信发展需求，来源：得翼通信
具体来讲，当增大发射功率就会导致信号失真，网速急剧下降；而追求信号线性不失真又会降低系统效率，增加散热负担。几十年来，射频工程师们一直在元器件和系统中不断研发，寻求以上三要素的最佳平衡。
用行内一句话总结就是，射频系统追求的目标是在保证高 EVM/ACR 的同时，输出尽可能高的信号发射功率和尽可能高的系统发射效率，它直接影响着性能和成本。
回到Wi-Fi“死角和卡顿”的问题，一方面是由于以上提到的射频器件发展跟不上基带芯片发展步伐导致的；另一方面是由于路由器长期插电运行，在高温环境下的运行很容易导致器件老化，造成射频阻抗的不匹配，并由此造成性能下降；此外在多设备组网的复杂场景中，设备之间协同要求高，相互干扰大。不仅要求单机性能提升，信号发射具备高的信噪比，同时还需要多机协同，大幅度降低带外干扰，提高多机共存的可靠性，才能提高网络的容量和整体运行效果。
这些问题都对射频器件提出了更高的要求，然而当前还没有很好的办法来改善射频器件的这些问题。即便是苹果或谷歌这样的科技巨头，面对消费电子的射频性能提升今天也依然面临着诸多约束。
直击行业痛点，RPU给Wi-Fi加上“涡轮增压”
面对以上射频问题，如果采用现有技术路径开展元器件的产品升级演进的思路，随着射频器件技术难度的提升，生产和产品良率会更加依赖于供应链，而不仅仅是设计。要满足高端射频对于工艺和材料的苛刻需求来保证良率，企业只能选择重资产发展的路线。
这意味着，行业必须另辟蹊径来应对这些挑战。
在刚刚过去的2024 MWC上海上，笔者在得翼通信展台看到了一种新的方案，即通过在复杂的信号链中引入 RPU（Radio Processing Unit）数字射频增强处理器，将复杂的数字补偿技术小型化、轻量化来适应消费电子的特点，实现功放线性化，满足消费电子射频器件对大带宽、高效率、高功率三要素的要求，同时基于闭环的实时校准功能可以从整系统的角度提高抗老化、器件良率和一致性的挑战。
那么，RPU是一个全新的概念和架构吗？非也。
王子明提到了一个“用数字造射频”的概念。事实上，在宏基站中早就有类似的架构，前面提到发射功率大了信号就容易失真，这是因为功率放大器本身原因决定的，而在宏基站中却没有所谓的带宽和功率限制，其中原因是宏基站中的射频器件只管发射功率，然后通过在射频器件的前一级加上数字预失真芯片，相当于一个射频补偿器，把失真的信号补偿回来，从而输出既干净又高功率的信号。因此，我们作为用户只要在宏基站的覆盖范围内，并不会因为距离基站的远近而对带宽产生强烈的感受。
图 | RPU的核心是预失真补偿技术，来源：得翼通信
值得一提的是，当前宏基站中的射频器件是市场流通的，但其数字前端芯片DFE都是通信大厂纯自研的，属于每一家主设备商在基站里面最核心的技术——数字预失真技术。
当前，得翼通信做的就是把基站芯片做到消费电子领域去，将宏基站性能级别的算法引入小功率基站、路由器等设备，通过降本、小型化和降低功耗，实现5G、Wi-Fi等无线通信领域的“涡轮增压”。
当然，这并不好做，因为Wi-Fi单根天线的吞吐量是大于基站单根天线吞吐量的，据说得翼通信团队也是经过了五年的潜心研发才有了今天的试样产品，今年年底或可量产，而他们的CTO还是具有30年基站芯片研发经验的前诺基亚首席科学家。
RPU是如何工作的？有何特性？
以得翼通信的RPU功能测试板为例，从下图中我们看到该测试板上排布着一系列的SMA接头，这表明该射频增强处理器是支持模拟射频入，模拟射频出的芯片。
图 | RPU功能测试板（局部）, 图片中央为RPU射频增强处理器，来源：得翼通信
虽然它是模拟的接口，但是在RPU内部其实运行着大量的复杂的数字补偿算法，包括削峰，镜像校正和数字预失真等，使得跟它相连接的各种各样的功率放大器可以得到一个很大的性能提升，包括百瓦级、 瓦级、毫瓦级等不同功率，LDMOS、GaN、GaAs等不同材料的功率放大器。
对此，王子明表示：“采用完全重构的AI算法，再将其硬件化、芯片化，在实现高速计算的同时，还能系统性降低能耗，解决计算复杂度与能耗成本之间的矛盾。”
据悉，传统方案下，要将射频性能提升10倍，成本可能要增加百倍以上，是指数级的增长关系。但如果采用RPU，则系统成本只是稍有增加，还能长时间降低系统运行功耗，延长设备的使用寿命，所以整体成本是不会增加的。
图 | “Wi-Fi路由器+RPU”与传统组网方案的效果对比，来源：得翼通信
此外，大家是否对RPU的放置位置有一些疑惑？事实上，它是和一系列的射频器件串联使用的。即信号先经过RPU，进行一系列的补偿和校准之后，再发送到射频器件，经由天线发射出信号。
其中，RPU会实时采集射频器件的信号输出，进行不断的闭环迭代，使得射频器件无论在任何温度、状态和发射功率下，RPU都能进行实时校准，以保证射频器件一直保持在最理想的工作性能状态。
写在最后
事实上，现在很多基带芯片厂商开始推出带DPD（数字预失真）功能的产品，来增强sub-6 GHz频段范围内的Wi-Fi信号，这和RPU即是竞对关系，又能在产业推广初期起到市场教育的作用。
而如果要将DPD和RPU进行比较，那么对应起来，就像是电脑中的集成显卡和独立显卡之间的区别。
此外，根据得翼通信方面的消息，即将量产的RPU不仅可以用在Wi-Fi 路由器这样的小功率但高调制 1024/4096QAM 的场景，也适用于 100W、400M 带宽的宏基站场景。当然，具体市场开拓，还需要在市场磨合中不断探索、进步。
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