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

MIPI RFFE是一种专门针对当前及未来无线系统在射频(RF)前端控制界面规范。随着手机射频系统日趋复杂，业界需要一个单一控制界面解决方案。MIPI联盟的RF前端控制界面(RFFE)规范通过提供一个可连接到收发器或无线电的总线界面解决了这一难题，可用于给多种射频前端设备，如低噪声放大器(LNA)功率放大器(PA)、天线开关、天线调谐器、DC/DC转换器、滤波器、感测器等。

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。

作者：Jim Ross,Victor Wilkerson,Lalan Mishra (本文作者为MIPI RFFE工作组主席和副主席)