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掌握 Wi-Fi 7 可靠性：針對多重連接模式 (MLO) 設備的高密度 RF HTOL 測試指南

掌握 Wi-Fi 7 可靠性：針對多重連接模式 (MLO) 設備的高密度 RF HTOL 測試指南

本文提供多重連接模式 (Multi-Link Operation, MLO) 可靠性的高密度射頻高溫工作壽命 (RF High-Temperature Operating Life, HTOL) 測試的深度技術指南，Wi-Fi 7 (IEEE 802.11be) 的核心創新 MLO，不僅僅是速度的提升，更是將無線連接帶入低延遲、高可靠性應用的範式轉移；然而，這種架構上的革新也帶來了前所未有的可靠性挑戰，主要體現在兩個層面：第一，多射頻鏈路同時運作所引發的「設備內共存 (In-Device Coexistence, IDC)」干擾，直接威脅到同步收發 (Simultaneous Transmit and Receive, STR) 模式的長期穩定性；第二，在 MLO 模式下加劇的熱應力，將導致射頻前端性能退化，尤其會惡化 4096-QAM 調變訊號的錯誤向量幅度 (Error Vector Magnitude, EVM)，進而影響鏈路穩定性。

傳統的可靠性驗證方法已不足以應對 MLO 帶來的複雜性，本文將套討如何利用高密度、高隔離度的 RF HTOL 測試方法，在產品開發階段有效發現並量化這些潛在的長期失效模式；最後以奧創系統 (Ultrontek) 的 TSQA-80PMF 解決方案，憑藉其 80 個平行通道與大於 80 dB 的卓越埠間隔離度，做為應對這些挑戰而設計的理想平台，能協助晶片設計公司降低產品開發風險，加速產品上市時間，並確保其在市場上的領導地位。

Wi-Fi 7 的範式轉移：從追求傳輸量到實現關鍵任務級可靠性

Wi-Fi 7 並非僅是速度上的增量改進，其核心創新 MLO 代表了一種根本性的架構變革，目的在為新一類的應用提供確定性的、可靠的性能，從而也創造了全新且複雜的可靠性挑戰。

多重連接模式 (MLO) 作為 Wi-Fi 7 的基石

MLO 是 IEEE 802.11be 標準的一項強制性關鍵特性，它允許一個多重連接設備 (Multi-Link Device, MLD) 同時在多個頻段（包括 2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz）上傳輸和接收數據，這徹底改變了傳統的單一鏈路模式，在過去，設備雖然可以在不同頻段間切換，但通常伴隨著高達 100 毫秒的切換延遲，這對於即時應用是不可接受的。

MLO 的主要目標不僅是實現更高的聚合傳輸量，更關鍵的是顯著降低延遲並提升鏈路的可靠性與穩健性，這是透過在多個鏈路上進行智慧負載平衡，或在擁塞的射頻環境中提供無縫的鏈路故障轉移來實現的，這種全新的性能水平對於新興的延遲敏感型應用至關重要，例如 8K 影像串流、雲端遊戲、擴增實境/虛擬實境 (AR/VR) 以及元宇宙 (Metaverse)，這些應用的成功，完全取決於 MLO 連接的絕對可靠性。

從架構層面來看，實現 MLO 被描述為一次「架構上的變革性轉變」和「根本性的改變」，它要求對媒體存取控制 (MAC) 層進行重新設計，將其劃分為處理鏈路無關功能的上層 MAC (UMAC) 和處理特定鏈路功能的下層 MAC (LMAC)，晶片供應商如聯發科已開發出特定的單一 MAC 架構，以優化這種複雜性並降低 MAC 與射頻層之間的延遲，同樣，瑞昱的解決方案也以 MLO 技術為核心，以實現彈性的頻寬管理和低延遲傳輸。

解構 MLO 模式：架構與可靠性意涵

Wi-Fi 7 定義了多種 MLO 操作模式，其選擇不僅是軟體配置，更是設備物理射頻設計品質的直接體現。

同步收發 (Simultaneous Transmit and Receive, STR):

這是最先進且最理想的模式，設備可以在一個鏈路（例如 5 GHz）上發送數據，同時在另一個鏈路（例如 6 GHz）上接收數據，此模式提供最低的延遲和最高的潛在性能；然而，其可行性完全取決於一個關鍵的硬體先決條件：射頻鏈路之間必須有足夠的物理隔離度。

非同步收發 (Non-Simultaneous Transmit and Receive, NSTR):

這是為射頻隔離度不足以防止干擾的設備設計的備用模式，在 NSTR 模式下，跨鏈路的傳輸和接收是同步的（在時間上被分隔開），以避免重疊，從而防止自我干擾，雖然這確保了功能性，但犧牲了 STR 模式的真正平行性及峰值性能。

增強型多鏈路單一射頻 (Enhanced Multi-Link Single Radio, eMLSR):

此模式專為高效、快速地在鏈路間切換而設計，以躲避干擾並維持持續的連接，聯發科的分析顯示，在密集環境中，eMLSR 可提供高達 80% 的傳輸量提升和 85% 的延遲降低，對於在任何時候可能僅支援單一射頻操作的行動裝置而言，此模式至關重要。

多鏈路多射頻 (Multi-Link Multi-Radio, MLMR):

在此模式下，鏈路被靜態地分配給射頻單元，無法動態切換，常見於較不複雜或低階的設備中。

根本性挑戰：設備內共存 (IDC) 與隔離度的必要性

當多個射頻單元在單一設備內部近距離運作時，一個發射中的射頻能量可能會洩漏到另一個接收器中，這種現象被稱為「設備內共存 (IDC)」干擾，這種洩漏會降低接收器的靈敏度，提高其雜訊基底，嚴重削弱其解碼微弱訊號的能力，最終導致更高的封包錯誤率和連接不穩定。

聯發科的白皮書明確指出：「在一個兩條鏈路之間的射頻單元沒有被良好隔離的系統中，一條鏈路的傳輸可能會對另一條鏈路造成顯著的設備內共存 (IDC) 干擾。」報告接著闡述：「如果有足夠的隔離度，使得鏈路可以獨立運作而不會因 IDC 干擾而造成損失，那麼就可以實現同步發送和接收 (STR) 模式。」。

這引出了一個核心的可靠性問題：設備不僅僅是在出廠第一天需要具備足夠的隔離度，更重要的是，這種隔離度能否在設備的整個生命週期內，特別是在熱應力下，保持穩定；因高溫和老化導致的濾波器、屏蔽或 PCB 材料性能退化，都可能降低隔離度，導致一個原本支援 STR 模式的設備在實際使用中失效，這建立了一條從物理參數（隔離度）到關鍵 MLO 功能長期可靠性的直接因果鏈。

MLO 的出現將 Wi-Fi SoC 從一個由獨立射頻單元組成的集合體，轉變為一個單一、內聚且高度複雜的系統，這在 MAC 層的協調邏輯中創造了一個全新的、系統性的失效領域，必須在可靠性測試中對其進行壓力測試；過去，Wi-Fi晶片中的各頻段射頻鏈路通常獨立管理，協調極少，MLO則強制要求一個中央管理實體 (UMAC) 來協調所有鏈路的流量，這個中央邏輯是一個全新的複雜組件，其排程演算法中的任何錯誤或時序問題，都可能導致整個 MLO 系統崩潰，即使單個射頻單元功能完好；因此，可靠性測試不能再僅僅孤立地關注每個射頻的物理層，HTOL 測試現在必須包含複雜的流量模式，以對 MLO 的排程和鏈路切換邏輯施加壓力，從而揭示那些只有在長期、高壓力操作下才會顯現的潛在錯誤。

更進一步地，STR 與 NSTR 模式之間的選擇，不僅僅是軟體配置，而是設備物理射頻設計品質的直接體現；因此，驗證 STR 模式的長期穩定性，等同於驗證設備物理射頻隔離度的長期完整性；一個設備可能在理想的實驗室條件下被設計和驗證為支援 STR 模式，然而，HTOL 測試模擬的老化和熱應力會導致負責隔離的組件發生物理退化，如果發生這種退化，設備的內部隔離度可能會降至 STR 所需的閾值以下，導致設備在嘗試使用 STR 模式時出現嚴重的性能問題或連接中斷，正如一些使用者報告中所見；因此，MLO HTOL 測試的一個主要目標，必須是在熱應力下長時間運行 STR 模式，並監測任何性能退化的跡象，此測試的失敗，直接指向了長期物理隔離度的失效，這是一個關鍵的可靠性洞見。

驗證的嚴峻考驗：熱應力及其對 4K-QAM 訊號完整性的衝擊

接下來將深入探討核心的射頻工程挑戰，將 4K-QAM 的極致性能要求、半導體元件在熱應力下的物理退化以及在 HTOL 測試中出現的特定失效機制聯繫起來。

4K-QAM 的脆弱性

Wi-Fi 7 引入了 4096-QAM (4K-QAM) 調變技術，每個符號可封裝 12 位元數據，相比 Wi-Fi 6 的 1024-QAM 增加了 20% 的數據量，這是 Wi-Fi 7 實現「極高傳輸量 (Extremely High Throughput)」的關鍵因素之一，然而，這種高效率是有代價的；4K-QAM 星座圖中的 4096 個點被極其緊密地壓縮在一起，這使得訊號變得極為脆弱，對雜訊和失真高度敏感，任何微小的誤差都可能導致接收器錯誤解讀符號。

為了確保可靠的解碼，IEEE 802.11be 標準對發射器的錯誤向量幅度 (EVM) 提出了 -38 dB 的嚴苛要求，這比 Wi-Fi 6 對 1024-QAM 要求的 -35 dB 還要嚴格 3 dB，對於射頻設計師而言，滿足這一 EVM 下限是一個巨大的挑戰。

HTOL 期間射頻前端 (RFFE) 的熱退化

高溫工作壽命 (HTOL) 測試的目的是透過將設備置於高溫環境（例如，接面溫度 TJ=125°C 或更高）和施加電氣偏壓，並持續一段長時間（例如 1000 小時），來刻意加速那些在正常使用條件下需要數年才會出現的熱活化失效機制。

高溫會直接影響關鍵射頻元件的性能，功率放大器 (PA) 的線性度和增益會發生變化，本地振盪器 (LO) 和鎖相迴路 (PLL) 會經歷更嚴重的相位雜訊，整個射頻鏈路的性能都可能隨時間漂移；準確掌握設備的通道溫度，是從加速測試中獲得可靠性預測的基礎，更重要的是，MLO 模式下多個射頻鏈路的同時運作，會使設備的內部功耗和產熱量相比 Wi-Fi 6 增加 2-3 倍，這種自發熱效應會加劇 HTOL 測試中施加的外部熱應力，為射頻元件的性能退化創造了最壞的情況。

關鍵鏈路：相位雜訊、熱應力與 EVM

對於像 Wi-Fi 這樣的現代 OFDM 系統，「相位雜訊通常是導致 EVM 問題的主要原因」，相位雜訊本質上是載波訊號相位的隨機抖動，它會使星座圖上的點變得模糊，難以區分。

這裡存在一個直接的因果鏈：

  1. HTOL 施加熱應力。
  2. 熱應力導致振盪器/PLL 性能退化，增加相位雜訊。
  3. 增加的相位雜訊直接惡化發射器的 EVM。
  4. 惡化的 EVM 導致無法滿足 -38 dB 的 4K-QAM 要求。
  5. 這最終導致更高的封包錯誤率 (PER)、鏈路不穩定，甚至設備失效。

這條因果鏈使得在整個 HTOL 測試過程中持續量測 EVM 和相位雜訊變得至關重要，一個在測試開始時透過 EVM 測試的設備，在經過 500 或 1000 小時的熱浸泡後可能會失效，測試設備必須能夠在啟用和禁用幅度漂移補償的情況下量測 EVM，以揭示那些可能被掩蓋的、與 PA 熱性能相關的缺陷。

MLO 和 4K-QAM 的結合創造了一個「熱回饋迴路」，可能導致連鎖性的可靠性失效，當使用者進行高頻寬的 MLO 應用（如 VR 遊戲）時，多個射頻鏈路被啟動，產生大量內部熱量，這種自發熱與環境溫度相結合，開始增加射頻前端的相位雜訊，進而惡化 4K-QAM 訊號的 EVM，為了補償更高的封包錯誤率，MAC 層可能會增加重傳次數，增加的重傳表示射頻單元工作時間更長，從而產生更多的熱量，這就形成了一個正回饋迴路：MLO 活動 →熱量 → EVM 退化 → 重傳 → 更多 MLO 活動 → 更多熱量；這個迴路可能導致鏈路最終崩潰的連鎖性失效；這是一個複雜的、時間相關的系統級失效模式，無法透過簡單的短期功能測試來檢測，只有能夠隨時間監測射頻參數的長期 HTOL 測試才能揭示這一關鍵的可靠性風險。

此外，-38 dB 的 EVM 要求表示射頻前端幾乎沒有為老化或溫度相關的退化預留任何性能餘裕，這使得透過 HTOL 進行長期可靠性預測對於 Wi-Fi 7 比以往任何一代都更加關鍵；在過去的 Wi-Fi 世代中，較寬鬆的 EVM 要求（如 Wi-Fi 6 的 -35 dB）提供了一定的餘裕，然而，Wi-Fi 7 的 -38 dB 要求極度接近 CMOS/SiGe 射頻 IC 技術的實際極限，特別是在大規模量產中，設計師在第一天就已經將元件推向其性能極限，這代表幾乎沒有「可靠性餘裕」；由 HTOL 模擬的壓力（熱、電壓、時間）所引起的任何微小性能退化，都極有可能導致設備無法滿足其 EVM 規格，因此，HTOL 不再僅僅是為了發現災難性故障（如電子遷移），它現在已成為一個關鍵工具，用於量化射頻前端的漸進式性能退化，並預測設備將在何時無法再支援其標榜的 4K-QAM 數據速率。

建立信心的框架：針對 MLO 設備的高密度 RF HTOL

本文將已識別的挑戰與建議的解決方案聯繫起來，解釋為何標準的 HTOL 方法必須為複雜的 Wi-Fi 7 SoC 進行調整，並闡述為何高密度、平行測試方法不僅高效，而且至關重要。

複雜 SoC 的加速可靠性測試原則

HTOL 是一種標準的可靠性測試，透過施加熱應力和電氣應力來加速老化並揭示潛在的故障，其目標是將設備的整個生命週期壓縮到數百至數千小時內，以量化其長期可靠性，通常以「失效率 (Failure In Time, FIT)」或「平均故障間隔 (Mean Time To Failure, MTTF)」來表示，該測試目的在觸發如電子遷移、時間相依介電質崩潰 (TDDB) 和熱載子注入等失效機制，對於 Wi-Fi 7 SoC，此範圍必須擴展到包括射頻特定的退化，如相位雜訊增加和 PA 非線性。

HTOL 的一個關鍵輸出是對失效率的統計預測，這需要測試大量的設備以產生足夠的設備小時數，例如，AMD 的可靠性報告顯示，他們測試了超過 500 個設備的批次，以產生超過 100 萬的設備小時數來計算 FIT 率。

規模化挑戰：高通道數、高隔離度平行測試的需求

正如 Alethea Communications 所指出的，僅測試單個 MLO 設備就涉及大量的組合：MLO 模式 (STR, eMLSR) x 頻段組合 (5+6 GHz, 2.4+5 GHz 等) x 頻寬組合 (對稱/非對稱) x 範圍/功率水平 x 干擾情境。

對每一個組合進行長時間（1000 小時）的 HTOL 測試，並在統計上顯著的設備數量（例如 500+）上進行，使用低通道數的測試設備在後勤和經濟上都是不可能的。所需的時間將長達數年，無限期地延遲產品發布。

一個高通道數的系統（例如 80 個通道）從根本上改變了測試的經濟性和時間表，它允許平行測試大量設備，極大地縮短了累積數百萬設備小時數以進行可靠 FIT 率計算所需的總測試時間，這種高傳輸量的能力對於在現實的產品開發週期內管理 MLO 測試案例的組合爆炸至關重要。

在這種高密度的設置中，數十個待測物 (DUT) 在近距離內進行測試，測試系統本身的隔離度變得至關重要，測試通道之間的串擾可能會污染量測結果，導致錯誤的故障判斷，或者更糟的是，掩蓋了真實的設備級隔離問題。因此，高通道數必須與高埠間隔離度相結合。

高密度 HTOL 的商業驅動力不僅僅是降低成本，更是「數據獲取時間 (Time-to-Data)」，在競爭激烈的 Wi-Fi 晶片市場中，公司能夠多快地產生統計上有效的可靠性數據，直接構成了一種競爭優勢；Wi-Fi 市場由少數幾家大型企業（聯發科、瑞昱、高通、博通）主導，它們的產品週期非常快，在主要客戶（如三星、蘋果或大型路由器製造商）承諾將新晶片設計到其旗艦產品之前，他們需要詳盡的可靠性認證數據 (FIT/MTTF 率)，能夠最先提供這份全面數據，證明其 MLO 實施的長期可靠性的公司，將贏得設計導入 (design-in)；高密度系統將產生例如 100 萬設備小時數所需的時間從數年縮短到數月，因此，投資高密度 HTOL 平台是對加速「數據獲取時間」的戰略投資，這直接轉化為更快的「上市時間」和更強的競爭地位。

此外，MLO 的複雜性表示 HTOL 的單一「通過/失敗」結果是不足的，理想的測試系統必須支援連續的、多參數的監控，以捕捉退化趨勢，這對於預測真實世界性能比簡單的終點量測更有價值，一個簡單的 HTOL 測試可能只在 1000 小時結束時檢查設備是否「存活」；然而，一個 MLO 設備可能仍然「存活」，但其 EVM 已從 -38 dB 退化到 -34 dB；雖然技術上仍能運作，但它已無法支援 4K-QAM，未能實現其關鍵性能承諾；更先進的測試方法，如 JEDEC 標準中建議的中期量測點，需要在測試期間監控關鍵參數（EVM、相位雜訊、隔離度代理指標），隨時間繪製這些參數可以揭示退化趨勢，工程師可以利用這些趨勢數據來推斷設備的有效壽命，並預測其何時會超出性能規格；這要求測試系統不僅僅是一個高功率射頻訊號源，而是一個能夠在數十個通道上進行自動化、週期性特性分析的整合量測系統，這將要求從一個簡單的「老化測試架」提升到一個複雜的「自動化可靠性特性分析站」。

選擇最佳平台：高密度 RF HTOL 系統的比較分析

接下來將使用前文所述的要求作為基準，來評估可用的測試解決方案，最終為特色平台提供數據驅動的論證。

定義理想的 MLO HTOL 測試架構

透過前述分析，Wi-Fi 7 MLO HTOL 測試系統的關鍵要求如下：

  • 高通道密度： 至少 80 個平行通道，以便在實際的時間框架內進行具有統計意義的可靠性研究。
  • 卓越的埠間隔離度： 大於 80 dB 是目標基準，以消除測試系統的串擾，並能夠有效測試 DUT 自身的隔離度和 STR 模式性能。
  • 寬廣的頻率覆蓋： 必須覆蓋所有 Wi-Fi 7 頻段，包括 2.4、5 和完整的 6 GHz 頻段（高達 7.125 GHz）。
  • 整合量測能力： 必須能夠在所有通道上自動執行關鍵的射頻量測（例如，功率，並在與分析儀整合時擴展到 EVM/相位雜訊）。
  • 溫箱相容性： 設計上需能與放置 DUT 的標準溫箱無縫接口。

奧創系統 TSQA-80PMF：專為 MLO 驗證而生的解決方案

奧創系統的 TSQA-80PMF 在多個關鍵指標上滿足甚至超越了理想架構的要求：

  • 高通道數： TSQA-80PMF 在一個緊湊的系統中提供了 80 個射頻輸出通道和 80 個量測通道，這直接滿足了高密度平行測試需求。
  • 產業領先的隔離度： 該系統的關鍵規格是其 大於 80 dB 的埠間隔離度，這是一個至關重要的差異化優勢，如此高的隔離度確保了一個 DUT 的量測不會被相鄰 DUT 的訊號所污染，這對於兩個原因至關重要：
    1. 它防止測試系統本身成為誤差源，確保了量測的完整性。
    2. 它使得對 DUT 的 STR 模式性能進行真實評估成為可能，因為任何觀察到的干擾都可以自信地歸因於 DUT 的內部洩漏，而非測試設置。
  • 優化的頻率範圍： 該系統支援 1700 MHz 至 9800 MHz，全面覆蓋了所有當前和預期的 Wi-Fi 7/8 操作頻段（2.4、5、6 GHz），並留有顯著的餘裕。
  • 為可靠性測試而設計： 該系統明確為 HTOL 設計，專注於最小化到溫箱的射頻電纜損耗，並包含諸如模組溫度監控等自檢功能。

戰略實施與未來展望

MLO 設備可靠性認證的建議測試協定

以下是一個詳細的、分步驟的測試計劃，可以此為基礎進行調整，應用於其認證流程。

  1. 階段一：測試前基線建立。
    在室溫下對具有統計意義的一批 DUT 進行特性分析，量測關鍵參數：發射功率 (Tx Power)、EVM、相位雜訊、接收靈敏度 (PER)，並建立 DUT 內部隔離度的基線（例如，使用 VNA 或測試系統本身）。
  2. 階段二：HTOL 壓力測試。
    將 DUT 裝入連接到高密度 HTOL 系統（例如 TSQA-80PMF）的溫箱中，將溫度升至 125°C，並施加最大工作電壓偏壓。
  3. 階段三：動態 MLO 壓力測試。
    在 1000 小時的測試期間，施加動態的 RF 激勵，循環測試關鍵的 MLO 情境：
    • 持續的高傳輸量 STR 模式，以測試 IDC 失效。
    • 快速的 eMLSR 鏈路切換，以測試 MAC 邏輯和 PLL 穩定時間。
    • 非對稱的流量負載，以測試鏈路調度演算法。
  4. 階段四：原位監控與數據記錄。
    使用測試系統的整合量測通道，在定義的時間間隔（例如 0、24、168、500、1000 小時）持續監控 RF 功率並週期性地採樣 EVM 和其他關鍵參數，記錄所有數據以進行趨勢分析。
  5. 階段五：測試後分析。
    1000 小時後，將設備冷卻並進行最終的全面特性分析，與測試前基線進行比較，量化性能退化，分析趨勢數據以計算 MTTF 並識別主要失效模式（例如，由相位雜訊引起的 EVM 退化，或隔離度失效）。

降低產品發布風險並加速上市時間

嚴謹的高密度 HTOL 測試是一種保險形式，它能識別出那些否則會導致現場故障、客戶不滿和昂貴召回的潛在缺陷，使用者報告的 MLO 連接中斷問題正是這些問題未能在驗證中被發現時發生的真實案例；向一線客戶提供全面、具有統計有效性的 HTOL 數據，可以證明產品的成熟度，建立贏得重大設計導入所需的信心；對於像聯發科或瑞昱這樣的市場領導者來說，因可靠性問題導致的高調產品失敗，會對其品牌和市場地位造成重大損害。此測試策略是一個關鍵的風險緩解工具。

為未來做準備：通往 Wi-Fi 8 及更遠的道路

參考聯發科對於 Wi-Fi 8 (IEEE 802.11bn) 的前瞻性聲明，未來的趨勢是更複雜的多頻段協同、可能更寬的頻寬（正在討論 480 MHz）以及對超高可靠性 (Ultra-High Reliability, UHR) 的更強烈關注。

IDC、熱管理和高密度測試的挑戰只會加劇，採用一個穩健、高隔離度、高密度的 RF HTOL 平台，不僅僅是針對 Wi-Fi 7 的一次性修復，而是一項基礎性的戰略投資，這項能力對於認證 Wi-Fi 8 和未來幾代無線技術將是不可或缺的。

關於奧創系統科技

奧創系統科技 (Ultrontek) 是台灣領先的訊號應用系統整合服務商，專注為航太國防、半導體量測、車用製造測試與運動模擬等尖端產業，提供客製化的高階測試與量測解決方案。

奧創系統憑藉豐富的專案經驗，整合全球頂尖的業界標準軟硬體，從初期諮詢、系統設計、技術整合至售後維護，提供完整且可靠的工程服務；其核心價值在於協助客戶整合新技術、規避開發風險、縮短研發時程，進而提升市場競爭力。

奧創系統科技提供的解決方案涵蓋射頻 (RF) 測試、光電影像模擬、GNSS 導航戰測試、自動化控制，以及客製化電波暗房建置等關鍵領域，致力成為客戶在邁向技術創新道路上，最值得信賴的長期合作夥伴。

參考資料

 
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