MIPI 5G技術 RFFE AI應用 IoT RFIC

打通5G射頻前端任督二脈 MIPI第三代RFFE介面登場

5G技術擁有比4G超過1,000倍的資料流量處理能力,勢必將為無線通訊開啟全新世代。這項技術不僅可提供更豐富又無處不在的沉浸式多媒體體驗,還將改變工業和汽車應用的通訊和控制方式。

 

自駕車革命已經準備好使用5G作為其支柱。透過搭配全新類型的物聯網(IoT)裝置,使用分散式無線感應和共享人工智慧(AI),自駕車產業已開始駕馭5G的力量。5G無線技術的真正潛力遠超我們的想像。其應用範圍沒有極限。在5G無邊能力的背後潛藏著無線科技的複雜功能,而MIPI RF前端控制介面(MIPI RFFE)規格是關鍵推動力(圖1)。

圖1  5G手機射頻前端設計

對5G而言,幾乎沒有什麼比RF前端(RFFE)控制基礎架構更為重要。任何影片資料、任何應用程式資料(基本上以無線方式傳輸或接收的任何內容皆然)都仰賴RFFE來控制RF前端模組(FEM)或子系統,包含所有功率放大器、天線調諧器、濾波器、低雜訊放大器(LNA)、交換器等等,這些子系統均連結至數據機基頻和/或射頻積體電路(RFIC)收發機。

MIPI RFFE自2010年推出以來,已逐步取代了好幾代通常為點對點的專有獨立前端元件介面,從而簡化了日益複雜的RF前端設計、配置和整合。MIPI RF前端控制工作組在研發已於2020年5月推出的3.0版介面時,刻意將通訊協定簡化和最佳化,並高度專注於讓製造商能在不斷發展的5G時代中充分發揮現實世界裡的機會。

觸發器是關鍵

5G將帶來涉及上行和下行通訊的RF頻帶數量的爆炸性成長,並相應縮小RF封包間的子載波間距(SCS)。另一項不斷發展的需求,則是要縮短在各頻段和頻段組合間切換的延遲時間。傳統上RFFE主要是部署在手機中,但隨著5G的推出,無線通訊的控制需求也擴展到汽車、物聯網和其他使用案例上,這也影響了現況。有鑑於此,開發MIPI RFFE v3.0的目的在於讓使用案例不僅局限於行動裝置,並針對當今3GPP 5G標準中定義的更高計時精準度和更短延遲時間,滿足一些前所未有的需求。

為了因應5G的需求,在更短時間內完成動態配置更改,最新推出的v3.0為介面的觸發器提供了多項增強措施。各種觸發器可用於讓RF子系統能夠在極嚴時間控制下配置多部RF裝置,以及在一部從屬裝置內或跨多部裝置間同步暫存器設定變更:

・定時觸發器(Timed Trigger):

可為無數使用中的載波聚合組態提供更嚴格的同步時間控制(圖2)。

圖2  定時觸發器操作概覽

・可映射觸發器(Mappable Trigger):

讓多項控制功能可重新映射至特定的延伸觸發器(圖3)。

圖3  可映射觸發器應用範例

・延伸觸發器(Extended Trigger)

增加RF控制系統中可用的獨特觸發器的數量。延伸觸發器的數量在RFFE v3.0中有所增加,帶來比以往更加複雜的無線電基礎架構。

觸發器會交互作用,為5G不斷擴展的所有頻帶範圍快速設定並靈活地重新設定RF前端。舉例而言,對於連續(Back-to-back)觸發器操作,MIPI RFFE v3.0將計時精準度改善了20倍。如此一來,新版規格的設計目的便在於提升通量效率,減少封包延遲和錯誤,協助確保5G裝置能夠在關鍵顧客和商業功能的核心提供高效能RF功能。

此外,有了v3.0帶來的靈活度,設計系統時也能減少RF面板上的RFFE匯流排數量。介面的可映射觸發器會啟動動態重新映射,以觸發作業來處理隨著逐步增加的潛在RF頻帶數量而增加的上行和下行載波聚合組數量。頻道已經過最佳化,提升了裝置的使用率。另外,所有控制皆集中在單一匯流排內,插腳便被保留在主要基頻收發機上。由於需要協調的不同RFFE匯流排數量變少,軟體因此也可能獲得簡化,進而全面節省成本。

實際標準

5G的實踐是個過程,現今仍僅在非常早期的階段。MIPI RFFE v3.0推出的功能,目的在於讓RF系統設計師能夠把握5G帶來的第一個主要效益,也就是6GHz以下網路頻段的頻率範圍1(FR1)。v3.0讓人們能夠快速、靈活、半自動化和全面地控制多種獨立RFFE子系統,為主流RF市場提供了所需功能,推動當今5G部署的蓬勃發展。

v3.0也相容於先前的RFFE版本,因此系統設計師無需更改MIPI RFFE之實體層。

這是一項關鍵特色,因為RFFE規格廣受仰賴,市場上早有一個龐大的採用者和裝置生態系。RFFE確實已成為RF產業的明確主力。回顧2008年,MIPI RF前端控制工作組開始研發工作時,各裝置仍使用多種方法來管理前端。然多虧過去十年將MIPI RFFE作為中心實際標準,RF技術再也不是一盤散沙。 工作組會持續努力增加新功能,讓使用者社群脫穎而出,收穫益處。事實上,下一代RFFE規格已開始研發,以支援極具時效性的RF前端控制需求,配合5G的大規模多輸入多輸出(MIMO)、在毫米波(24.25GHz至56GHz)頻段中運行的5G新無線電(NR)頻率範圍2(FR2)以及全球正在進行的下一階段5G部署,做好充足準備。

(本文作者為MIPI RFFE工作組主席和副主席)

 

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