为了挑战世界级的难题，我来到了华为
齐美清/讲述 三金/记录
第一次听到华为，还得追溯到十多年前在上家单位工作的时候。总听同事们在办公室谈论起这样的话题：“华为很重视研发，研发投入比咱们单位全年的收入还多！”“听说某高校某班的毕业生全都去华为了！”……那时的我感慨万分：研发人员在这样的公司工作一定很幸福，如此坚定的研发投入必定能让人获得快速成长。当然，内心也充满了好奇，这到底是一家什么样的公司？几年前，我正在东南大学读博，研究方向是电磁场与微波技术。有一天，同学告诉我，华为来南京特招博士了。抱着了解下华为的心态，我去了面试现场，见到了负责面试的2012实验室主管阿杜。“华为在4G时代已经成为了行业领先者，目前正在开始5G的研发，有很多世界级难题等着我们去攻克，非常需要优秀人才加入，共同去啃硬骨头！”在了解我的研究方向和项目经验后，阿杜向我发出了邀请，“希望我们能一起书写历史！”攻克难题，挑战不可能，这不正是我想做的吗？所谓众人拾柴火焰高，如果能和一群优秀的伙伴合作，为通信事业的发展贡献一份力量，那真是一件很棒的事！所以，2016年，我加入了华为上海研究所，进入2012实验室的高速高频实验室，从事5G天线的研发。
01一个世界级的难题
当时，公司无线网络基站的RRU（射频拉远单元）和天线都已经做得非常成功。为了大幅提升通讯容量，5G天线相比于4G，在同一个天线阵面中，天线单元数量增加了很多；同时，RRU（射频拉远单元）的有源通道数也大幅增加。如果把基站比作手电筒，就这好比手电筒的灯泡和电池都变多了，可以照亮更多的区域，服务更多的用户，但“手电筒”本身的体积和重量也会因此增加。如果能将天线阵列和有源通道做到一起，也就是把“灯泡”和“电池”集成到一个模块，进一步提升产品集成度，这个问题将迎刃而解。但是，这种情况下，要怎么保证竞争力？这有两条路径：一是探索有没有可能让天线在软件的控制下产生灵活的波束，用更少的通道实现卓越的性能，这好比让“手电筒”扫射起来，覆盖更广的区域；二是，挑战做更简洁的大规模天线阵列，实现有源无源高效集成。不同的团队在探索不同的路径。而我加入部门的第一项工作，就是论证第一条路走不走得通。可等我扎进去以后发现，这条路径的实现，依赖于某一关键使能部件。从之前的业界调研情况来看，该部件功率损耗太大，而传统的机械方案，不仅笨重昂贵，速度也不尽人意。那段日子，我像着了魔一样，大量阅读行业调研报告，翻看相关资料，可看得越多，我越失望——当前这个部件确实无法满足性能优化需求。我这个人喜欢追根究底，就想搞明白为什么会有这么大的差距。我沿着差距的方向，在海量文献调研中寻找“蛛丝马迹”，通过理论分析，抽丝剥茧，竟然欣喜地发现，达成产品线提出的挑战目标，并不是毫无希望：功率传输如同水管通水，水管有漏孔就会有损失；找到漏孔，成功堵漏，就可以减小损耗。业界现有的这一关键使能部件并没有达到其性能极限。找到导致部件功率损耗的原因，探索现实与理论极限之间的GAP，正是我们可以努力的方向，我因此坚定了信心！既然从理论角度有希望，我就开始挖掘所有差距产生的方方面面的根因，沿着每一个GAP去探寻它的理论极限在哪里，打破极限。这个过程艰辛而漫长。那时候，产品线会拉通看项目进展。一开始，我压力很大，其他研究别的路径的团队很早就启动了，我作为一个后来者，进度滞后了很多。当别人的方案已经有测试结果的时候，我还在做理论仿真，还在一步步优化方案。但是转念一想，产品是在多路径、多梯次、多场景的探索中取得成功的，每个团队努力的方向，对公司商业成功都有着重要的意义，越是这个时候越需要我沉下心，扎扎实实做事。经过一年多时间的奋战，我成功攻破GAP的难点，解决了全部技术难题，交付了我在华为的第一个项目，达成产品线任务令的挑战目标，还获得了任务令嘉奖。同时，这个方案也达到了世界顶尖水平。我特别开心，开心的是曾经有一个世界级的难题摆在我面前，我没有绕开它，而是努力做成了。更开心的是，公司和部门给了我足够大的空间和宽容度，允许我慢一点，允许我去摸索，去尝试，去寻找新的可能性。
02一个“异想天开”的想法
紧接着，组织又交给了我一个新的难题，做PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）的天线。PCB是一个二维结构，而我们常见的天线都是三维的。几乎整个行业的共识都是，天线要做立体的，如果从三维降到二维，性能会有所损失。一开始，我完全没有头绪，无从下手。第一个感觉竟然是：完了！项目不会在我手里搞砸吧！导师知道我的担忧后，鼓励我说：“我来华为这么多年，还没有完成不了的项目。你大胆去做！”在无数看似不可能的方案中，如果找到突破口，将蕴藏着宝贵的竞争机会点。PCB有着巨大的优势，成本合理，加工精度高，产业链成熟。天线属于5G Massive MIMO（大规模天线阵列）的关键技术之一，如果这条路径可行，我司产品的竞争力将获得大幅提升。实践无参考，那就先从理论可行性上突破。经过深入分析，我惊喜地发现，虽然常规思维认为天线从三维降到二维有性能损失，也就是两者的性能天花板有差别。但是从理论上说，两者其实并没有差别。这意味着做二维的天线不是不可能！我们决定立刻行动起来。以前的天线，在电路板上焊接了很多个振子，看上去像城堡而得名，这些“城堡”层层叠叠，整个电路板很像多层三明治。一开始，我们从常规演进路线入手，首先考虑的是，能否尝试减少“三明治”层数，把这些振子做一些简化，向二维靠拢。但评估后的结果是否定的，仅仅通过这些简化，根本无法实现构筑持续领先的竞争力。再换一个思路呢？除了化繁为简，是否可以继续提升集成度，更扁平些？我盯着馈电板和焊接在上面的城堡振子们思考着。一个更为大胆的想法突然闯入我的脑海，能不能像印刷机一样，直接印刷在PCB板上呢？就这样，免城堡方案的雏形出来了！拿着新的方案和产品线交流，产品线同事非常认可，但也有顾虑：“板子就那么大，同时放这么多东西，能印刷得下吗？”“会不会相互干扰，影响天线性能？”“我们需要支持多运营商频谱，方案中有充分考虑到吗？”我有些犹豫和迟疑。但这时，产品线的首席专家肖伟宏鼓励我：“这个方案非常有价值，如果把这些问题全部解决，咱们产品的竞争力将会获得极大提升！过程中需要产品线配合的，请尽管告诉我们，一定全力支持！”我的信心又来了。既然有理论支持，就要在工程实践中去探索实现方法，有问题就一个一个解决，不试怎么能成功？免城堡方案最终需要解决哪些问题？怎么实现？那段日子，我吃饭想，走路想，就连半夜睡觉醒来，脑子里还在想。记得有一个周六，我加班完回到住的小区，边思考边上楼，不知不觉来到了顶楼。咦，我是住五楼的！哎，出神了，下一层楼回去吧。门的颜色今天怎么变红色了，我家不是蓝色的吗？肯定是眼花了。插入钥匙，居然打不开门。我终于发现不对劲，回到单元门口一看，原来进错了楼栋。没想到，这小说里的桥段，竟然发生在了我身上。好在经过多维度综合分析，我们最终明确了努力方向，着力解决小型化、去干扰、平台化等问题。新的方案馈网和振子二者在面积上存在制约关系。这就好比一个10斤容量的袋子，里面装有小米和大米，小米多了，大米自然就少了。于是，我大胆地提出新的方案：“如果我们让信号弯着走，走出相同的长度是不是可以节约更多的面积？”目标是明确的，但技术上需要多种探索和实践，每种方案对性能的影响都是不同的，必须优中选优，实现性能最优、可工程性最佳的，才能最终落地量产。经过多种方案的对比筛选，最终我们成功实现了这一小型化技术在天线上的应用。这样，馈网和振子的间距加大，一定程度上也解决了相互干扰的问题。但要彻底去干扰，还得有进一步动作。这时候，部门的铁三角阵型充分发挥了作用：有源系统的MDE（模块设计工程师）老杨负责系统架构设计；我负责单点技术突破；无源系统的MDE 苏兄负责工程化交付……大家充分发挥各自专业优势，紧密协同，端到端助力产品竞争力突破。针对去干扰问题，我们展开了多次讨论和思想碰撞。一天，老杨提出了新的方向建议：“如果将馈网'藏’起来，是不是就能有效解决相互干扰的问题呢？”此刻，我们仿佛看到了方案成为现实产品的曙光。
03从方案被“毙”到主力首发
然而，现实总是比我们想象得还要困难。在产品线的技术评审会上，这个方案竟然被“毙”掉了。评审会反馈，方案效果虽好，天线的性能指标完全满足要求，但会影响整个天线模块的总重量，模块的整体竞争力会受到影响。说实话，听到这个消息，我们都很失落。我问了自己很多遍：真的就这样了吗？你甘心吗？以前做项目，遇到挑战的指标时，我们总会回归理论，从最简单的模型出发，探索其极限在哪儿，边界在哪儿，然后再探索如何突破现有约束，如何打破边界，逼近更高的极限。所以，我们又打起精神，尝试其他的方法。怎样才能在不增加模块重量的前提下，有效解决相互干扰问题？项目组的同事也纷纷提出了自己的想法。“是否可以换成轻一些的材质？”“这个时候更换材料，验证改进的时间有限，风险会很大。”“用钣金表贴怎么样？重量应该也还好。”……经过反复实验，最终我们通过改变馈线物理屏蔽的方式解决了问题，既减轻了重量，也有效保障了屏蔽效果。在性能评估和可靠性评估阶段，产品线同事们一如既往地给予大力支持，第一时间协调到暗室测试和环境试验的资源，确保了可行性验证的顺利高效完成。与此同时，我们也将平台化方案纳入了设计范围，保留对主要频段的适配。最终，随着免城堡PCB天线方案小型化、去干扰、平台化问题的成功解决，产品线DRB（设计评审委员会）决策采用此方案首发。免城堡PCB工艺成熟，产能充沛，天线组装极简，有效保证了我司天线优良的直通率和快速的供货，同时，在性能和成本上也具备了相当优势。这款PCB天线已经海量发货。 04做有灵魂的天线
机遇总是披着困难的外衣出现在人们面前。项目做成之后，我也会回头思考，有哪些经验可以为今后的科研工作提供借鉴。越思考，越发现，信念对于一个项目的成败至关重要。挑战的过程如同登山，只有坚守目标，勇往直前，才能拥有欣赏最美风景的机会。就像华为，虽然当下面临崎岖坎坷；但若干年后回头看，相信这必将成为我们迈向更伟大的起点。算起来，我和天线结缘了17年，先后做过雷达天线和通信基站天线。天线是一个无源部件，性能由形状尺寸和材料确定，一旦加工出来，相应的性能就固定了。但我们天线人有个梦想——做有灵魂的天线，给天线装上大脑（软件和算法），通过软件可以随心所欲地变换天线的性能，实现电磁波在时间和空间上的按需分配。梦想的风帆早已起航，我想哼着歌向前进发。前面还会有挑战，有险滩，但正因为这些，才会激起人生之河的绚丽浪花！
本文来自《华为人》
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