详解第三代射频前端控制规范MIPI RFFE V3.0 打通5G手机射频前端任督二脉

2020-09-11 来源:新通讯作者:Jim Ross,Victor Wilkerson,Lalan Mishra 我要评论(0) 字号:

5G技术拥有比4G超过1,000倍的数据流量处理能力,势必将为无线通信开启全新时代。这项技术不仅可提供更丰富又无处不在的沉浸式多媒体体验,还将改变工业和汽车应用的通讯和控制方式。

自驾车革命已经准备好使用5G作为其支柱。通过搭配全新类型的物联网(IoT)设备,使用分布式无线感应和共享人工智能(AI),自驾车产业已开始驾驭5G的力量。5G无线技术的真正潜力远超我们的想象。其应用范围没有极限。在5G无边能力的背后潜藏着无线科技的复杂功能,而MIPI RF前端控制接口(MIPI RFFE)规格是关键推动力(图1)。

图1、5G手机射频前端设计

对5G而言,几乎没有什么比RF前端(RFFE)控制基础架构更为重要。任何影片数据、任何应用程序数据(基本上以无线方式传输或接收的任何内容皆然)都仰赖RFFE来控制RF前端模块(FEM)或子系统,包含所有功率放大器、天线调谐器、滤波器、低噪声放大器(LNA)、交换器等等,这些子系统均链接至调制解调器基频和/或射频集成电路(RFIC)收发机。

MIPI RFFE自2010年推出以来,已逐步取代了好几代通常为点对点的专有独立前端组件接口,从而简化了日益复杂的RF前端设计、配置和整合。MIPI RF前端控制工作组在研发已于2020年5月推出的3.0版界面时,刻意将通讯协议简化和优化,并高度专注于让制造商能在不断发展的5G时代中充分发挥现实世界里的机会。

触发器是关键

5G将带来涉及上行和下行通讯的RF频带数量的爆炸性成长,并相应缩小RF封包间的子载波间距(SCS)。另一项不断发展的需求,则是要缩短在各频段和频段组合间切换的延迟时间。传统上RFFE主要是部署在手机中,但随着5G的推出,无线通信的控制需求也扩展到汽车、物联网和其他使用案例上,这也影响了现况。有鉴于此,开发MIPI RFFE v3.0的目的在于让使用案例不仅局限于行动设备,并针对当今3GPP 5G标准中定义的更高计时精准度和更短延迟时间,满足一些前所未有的需求。

为了因应5G的需求,在更短时间内完成动态配置更改,最新推出的v3.0为接口的触发器提供了多项增强措施。各种触发器可用于让RF子系统能够在极严时间控制下配置多部RF设备,以及在一部从属设备内或跨多部设备间同步缓存器设定变更:

定时触发器(Timed Trigger):

可为无数使用中的载波聚合组态提供更严格的同步时间控制(图2)。

图2、定时触发器操作概览

可映射触发器(Mappable Trigger):

让多项控制功能可重新映像至特定的延伸触发器(图3)。

图3、可映像触发器应用范例

延伸触发器(Extended Trigger)

增加RF控制系统中可用的独特触发器的数量。延伸触发器的数量在RFFE v3.0中有所增加,带来比以往更加复杂的无线电基础架构。

触发器会交互作用,为5G不断扩展的所有频带范围快速设定并灵活地重新设定RF前端。举例而言,对于连续(Back-to-back)触发器操作,MIPI RFFE v3.0将计时精准度改善了20倍。如此一来,新版规格的设计目的便在于提升通量效率,减少封包延迟和错误,协助确保5G设备能够在关键顾客和商业功能的核心提供高效能RF功能。

此外,有了v3.0带来的灵活度,设计系统时也能减少RF面板上的RFFE总线数量。接口的可映像触发器会启动动态重新映像,以触发作业来处理随着逐步增加的潜在RF频带数量而增加的上行和下行载波聚合组数量。频道已经过优化,提升了设备的使用率。另外,所有控制皆集中在单一总线内,插脚便被保留在主要基频收发机上。由于需要协调的不同RFFE总线数量变少,软件因此也可能获得简化,进而全面节省成本。

实际标准

5G的实践是个过程,现今仍仅在非常早期的阶段。MIPI RFFE v3.0推出的功能,目的在于让RF系统设计师能够把握5G带来的第一个主要效益,也就是6GHz以下网络频段的频率范围1(FR1)。v3.0让人们能够快速、灵活、半自动化和全面地控制多种独立RFFE子系统,为主流RF市场提供了所需功能,推动当今5G部署的蓬勃发展。

v3.0也兼容于先前的RFFE版本,因此系统设计师无需更改MIPI RFFE之物理层。

这是一项关键特色,因为RFFE规格广受仰赖,市场上早有一个庞大的采用者和设备生态系。RFFE确实已成为RF产业的明确主力。回顾2008年,MIPI RF前端控制工作组开始研发工作时,各设备仍使用多种方法来管理前端。然多亏过去十年将MIPI RFFE作为中心实际标准,RF技术再也不是一盘散沙。 工作组会持续努力增加新功能,让用户社群脱颖而出,收获益处。事实上,下一代RFFE规格已开始研发,以支持极具时效性的RF前端控制需求,配合5G的大规模多输入多输出(MIMO)、在毫米波(24.25GHz至56GHz)频段中运行的5G新无线电(NR)频率范围2(FR2)以及全球正在进行的下一阶段5G部署,做好充足准备。

(本文作者为MIPI RFFE工作组主席和副主席)

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