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一、功率放大器

在無線通信中，電磁波要傳播足夠遠的距離，需要一定的功率，這里就需要功率放大器，簡稱功放PA （Power Amplifier）。

理想中的功放y(t)=kx(t)，其中x(t)是輸入信號，y(t)是輸出信號，k為放大系數。線性系統具有頻率保持性，如果輸入信號是正弦信號，則輸出信號是相同頻率的正弦信號。對于非線性系統，如果輸入一個正弦信號，則輸出信號當中還出現很多的頻率成分，也就是頻譜擴展。

通常為了避免或者減輕頻譜擴展，要盡量使用功放的線性區間，上圖中小于PL的部分。由此可以確定PL是輸入信號功率的最大值。在最大值確定的情況下，如果輸入信號的功率有起伏波動，那么信號的平均功率會被進一步壓低。

在通信中，使用峰均比來衡量功放的效率，峰均比指的是信號的峰值功率與平均功率之比。信號的峰均比反映了功放的使用效率，峰均比越低，對功放的使用效率越高。

二、數字預失真DPD

數字預失真,digital pre-distortion,簡稱DPD。可以理解為，將功率放大器的失真特性進行線性化處理，PA的非線性特性會隨時間、溫度或偏壓的變化而變化，也可能因為器件的不同而變化。

DPD根據非線性功放的特性，預先制作一張表格，確定其輸入與輸出數值的對應關系。將輸入信號采樣后，通過預先制定的表格對應關系，確定應該輸入多大的幅值，然后通過DA輸出模擬信號到功率放大器，從而實現了非線性功放的線性化處理。

非線性的功率放大器的輸入輸出為y=Kf(x’)，DPD的特性為非線性功率放大器的反函數，y=Kx，也就是一個線性功放。

三、預失真原理

DPD: PA線性化技術更大的突破是可使信號預失真。預失真是PA線性化的“法寶”，不過這也非常復雜，并要求了解PA失真特性——而該特性的變化方式非常復雜。

預失真原理：通過一個預失真元件(Predistorter)來和功放元件(PA) 級聯，非線性失真功能內置于數字、數碼基帶信號處理域中，其與放大器展示的失真數量相當(“相等”)，但功能卻相反。將這兩個非線性失真功能相結合，便能夠實現高度線性、無失真的系統。數字預失真技術的挑戰在于PA的失真(即非線性)特性會隨時間、溫度以及偏壓(biasing)的變化而變化，因器件的不同而不同。因此，盡管能為一個器件確定特性并設計正確的預失真算法，但要對每個器件都進行上述工作在經濟上則是不可行的。為了解決上述偏差，我們須使用反饋機制，對輸出信號進行采樣，并用以校正預失真算法。數字預失真采用數字電路實現這個預失真器(Predistorter)，通常采用數字信號處理來完成。通過增加一個非線性電路用以補償功率放大器的非線性。這樣就可以在功率放大器(PA)內使用簡單的AB類平臺，從而可以消除基站廠商制造前饋放大器 (feedforward amplifier)的負擔和復雜性。此外，由于放大器不再需要誤差放大器失真矯正電路，因此可以顯著提高系統效率。

RF 預失真技術(也稱為模擬預失真)與 DPD 有相似之處，用于補償 AM-AM 以及 AM-PM 失真、交調和 PA 的記憶效應，并且均采用反饋信息補償溫度變化和 PA 老化導致的損害。盡管這兩種方法在理論上有相似之處，但僅限于電路設計和系統實施方面。

ISL5239預失真器內部單元及閉環電路框圖

AM-AM特征曲線

AM-PM特征曲線

四、RPU射頻處理單元

近日，一項名為RPU(射頻處理單元)的顛覆性技術原創在射頻芯片領域與2024 MWCS現場掀起了革命性的浪潮。該技術以“更小但強大”為理念，通過數字補償顯著改善射頻系統性能，不僅重新定義了射頻系統的新范式，還為消費電子類產品帶來了前所未有的技術突破。

傳統的射頻器件，為了提升性能，主要依賴于化合物材料作為技術突破點。這些材料在吞吐量、線性度、發射功率和效率等方面具有一定的優勢，但隨著技術的不斷進步，這種依賴化合物材料的傳統方法逐漸顯露出其局限性。事實上，射頻器件作為無線通信系統的核心組件，其性能指標直接關系到整個通信系統的質量和效率。然而，這些指標在物理層面上往往存在相互制約的關系，如增加帶寬和發射功率往往會導致功耗的增加，而降低功耗則可能犧牲帶寬和發射功率。這種矛盾使得射頻器件的設計需要在多個指標之間進行權衡和折中。

采用了數字補償技術，以DPD為核心的數字補償技術適配非線性高效率功放來重構Wi-Fi信號鏈。具體來看，DPD即數字預失真，是應用在宏基站領域的典型技術，從2G時代開始，DPD數字預失真技術就成為了提升射頻性能的關鍵。它類似于我們日常生活中佩戴的眼鏡，能夠校正視力，讓我們看到更清晰的世界；又或者像是降噪耳機，通過消除噪音，讓我們聽到更純凈的聲音。在通信系統中，DPD技術需要在高頻上完成實時的精準校準，實現每秒百萬次的信號對齊和糾正。

而RPU技術的創新之處在于成功地將這項原本只用于宏基站的技術適配到了路由器等消費電子產品中，這不僅需要解決成本、算力和體積等多方面的挑戰，更需要深厚的技術積累和創新能力。通過獨特的補償算法，產品能夠在保證高性能的同時，也滿足了消費電子產品的實際需求。值得一提的是，補償算法其性能和效率的高低直接影響到設備的無線性能和整機重量。“負負得正”這一數學原理，簡潔而深刻地揭示了相反力量的相互作用可以產生正面的效果。RPU射頻系統的數字預失真補償，正是基于類似的邏輯，為Wi-Fi網絡射頻領域帶來了全新的可能。

在下圖所示的demo演示中，采用RPU的射頻通信板被人體觸摸，整個射頻周邊的電阻、電容都已經被人體干擾，不過此時所有的失真都由得翼通信RPU芯片在前向去導入相反失真量，最終輸出的信號水平并沒有下降，信道依然非常干凈。

RPU的demo演示

對于普通消費者而言，RPU帶來的最明顯的改善是路由器穿墻和有效覆蓋能力的增強。目前市面上最好的路由器在輸出最高網速的時候是幾十毫瓦的功率，到很低網速至少輸出500毫瓦功率，此時能夠連接但沒有網絡。借助RPU芯片，在500毫瓦的時候也能夠滿速，讓信號不失真，解決目前Wi-Fi使用場景中的痛點問題。數據指出，目前90%以上的室內流量通過Wi-Fi網絡承載，但是其中有82%的用戶體驗不滿意，主要是連接不順暢、網絡卡頓和信號不穩定。Wi-Fi 7的到來只是提升了峰值速度，并沒有改善Wi-Fi的覆蓋面積問題。根據實際測試，傳統路由器增加RPU后比網上買的高端千元路由器信號強度還高10倍，可以實現單臺200平米全屋覆蓋，并且無死角、無帶外干擾，降低網絡擁堵，使得設備安裝和維護的成本更低。RPU芯片并不是純數字的芯片而是數字模擬射頻混合并且內部搭載大量復雜算法。所以，這個RPU的實現難點并不是某一個點，而是整個系統性工程，無法通過修改優化傳統芯片來實現。

給用戶提供無感知連接，需要達到10倍的性能提升，唯一的辦法就是用宏基站補償的方法。宏基站補償的方法，引入數字補償芯片，用盡可能大的功率實現高質量的網絡信號，同時減少功率消耗。

具體的實現就是讓射頻器件負責輸出很高功率，盡管這樣會讓信號失真但增加一個射頻補償器就能把失真部分補償回來，射頻器件和射頻補償芯片協作就能讓信號的輸出干凈、功率很高且低功耗。這早已是宏基站提供商的通用做法，射頻器件可以購買，然后自研的數字前端芯片DFE，數字前端芯片80%-90%的部分都是補償射頻的預失真芯片。RPU不僅適用于Wi-Fi路由器小功率但高調制1024/4096QAM的場景，也適用100W，400M帶寬的宏基站場景。RPU是模擬射頻出入，不需要任何數字信號，相當于一個小型功率放大器，有較強的兼容性。

RPU讓一臺路由器頂三臺，200平米全屋覆蓋

實際測試是檢驗這套方法最好的方法。得翼通信給出的測試數據，在頭部運營商實驗室做的對比測試，三條曲線代表三個路由器，綠色是運營商提供的路由器，藍色是在運營商的路由器里增加RPU芯片性能數據，紅色是網上能買到的最貴的路由器之一。

可以非常明顯的看到，隨著信號的衰減，增加了RPU芯片的路由器可以增加十幾個DB，也就是10倍的覆蓋面積和發射功率，兼顧省電。普通的路由器輸出最高網速時是幾十毫瓦的功率，低網速時至少輸出500毫瓦功率，所以能連上但上不了網。增加了RPU芯片，有了補償系統，可以在500毫瓦功率的時候滿速，不需要切低速網。

補償算法就是RPU的核心所在。

RPU不僅有數字預失真算法，還有一連串各種補償算法，所以宏基站客戶也可以使用RPU芯片。純算法芯片難點在于用好的性能、補償能力才能讓Wi-Fi大功率輸出，更高的性能和消費級的低成本又是一個矛盾。

RPU中還使用了先進的AI架構，與大模型不需要專家知識不同，得翼通信在追求極致性能和成本的目標下，充分使用了專家知識，構建了一套AI閉環控制。射頻器件所有輸出都會采集回到訓練處理器中，更新物理反模型，所以可以應對射頻信號因為溫度、環境、干擾的實時變化，而且速度是微秒級別。基站的預失真處理能力讓信號極其干凈沒有干擾，同樣功能的RPU芯片能讓路由器、基站的信號比3GPP要求的指標更好，大幅降低無人機、路由器之間的信號干擾，耗電也很低。兼顧低功耗的關鍵在于RPU選用了大量非線性器件，相比傳統射頻器件滿速時候10%的效率，RPU的效率在不同頻段會有20%-40%的效率，達到了低功耗的效果。