《AI時代系列(5)：掌握AI + 6G無線行動通訊網路 —— 超高速、零延遲、智慧城市全攻略 🌐》
30/100 📌 第 3 周：蜂巢式行動網路演進-小區＋頻率重用，提效又不斷線。
30. 第3周小結與實作 🧩 畫出 1G~6G 演進圖，一眼看懂世代差異！
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📘 第 3 周導讀：蜂巢式行動網路演進 — 小區＋頻率重用，提效又不斷線
行動通訊的核心精神，就是「隨時隨地都能通」。而要達成這個願景，關鍵就在於 蜂巢式網路（Cellular Network） 的誕生。蜂巢架構讓基地台像蜂巢一樣密集排列，每個小區使用不同的頻率組合，以「頻率重用（Frequency Reuse）」的方式，兼顧覆蓋範圍與頻譜效率。這一設計不僅提升容量，也讓行動裝置在移動過程中能順暢地進行「切換（Handover）」而不斷線。
本週的單元（21–29）帶你回顧 1G 到 6G 的完整演進脈絡。從 1G 的純語音模擬系統、2G 的數位化與SMS短訊誕生、3G 的行動上網時代，到 4G LTE 的全IP化革命，再到 5G 的低延遲、高速率、萬物互聯，最終邁向 6G 的 AI 原生與太赫茲時代。每一次升級，都不只是速率的提升，更是通信理念的躍遷：從語音 → 數據 → 智能 → 萬物智聯。
本週的實作活動將帶你「畫出 1G～6G 演進圖」，以可視化方式掌握每一代行動通訊的核心技術與應用場景。這張圖不僅是記憶工具，更是洞察未來網路趨勢的關鍵地圖。
💡 學習目標：
理解蜂巢式網路與頻率重用的原理與優勢。
掌握 1G～6G 各世代技術演進與核心差異。
能用一張圖清楚說明「行動通訊從模擬到AI原生」的發展路徑。
結束本週後，你將不只是知道「手機為何不斷線」，更能理解背後整個行動網路設計的智慧與演進邏輯。
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蜂巢式行動網路演進（21–29）單元小結
📞 21. 1G 模擬網
只能提供語音通話，無加密，像用大聲公廣播，安全性低。
👉 核心重點：開啟行動通訊時代，但仍屬模擬技術，僅能傳聲不傳數據。
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📶 22. 2G GSM/IS-95
語音數位化、訊號加密更安全，SMS 短信時代開始。
👉 核心重點：實現通話數位化與基本加密，行動通訊正式邁入數位時代。
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🌐 23. 2.5G GPRS/EDGE
首次引入封包交換，行動上網萌芽，但速率很慢。
👉 核心重點：從電路交換轉向封包交換，為行動數據傳輸奠基。
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📱 24. 3G WCDMA/CDMA2000
手機可跑寬頻，語音+數據並行，上網成為日常。
👉 核心重點：實現多媒體通訊與行動網際網路的普及化。
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🚀 25. HSPA/HSPA+（3.5G）
高速封包接取技術，像給3G裝上渦輪，不換核心網就能提速。
👉 核心重點：提升頻寬與吞吐量，成為3G與4G之間的關鍵過渡技術。
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🛰 26. 4G LTE
全IP網路、OFDMA+MIMO，速率大幅提升，影片秒開、隨時追劇。
👉 核心重點：全面採用IP化與多天線技術，實現高速寬頻與低延遲應用。
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🔧 27. LTE-Advanced/Pro（4.5G）
載波聚合+多天線像拓寬高速公路，容量與速率再升級。
👉 核心重點：整合多頻譜與多技術，為5G的高容量與高效率打下基礎。
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⚡ 28. 5G NSA/SA
超高速+超低延遲，支援VR、自駕車、工業自動化，進入萬物互聯時代。
👉 核心重點：以網路切片與邊緣運算實現eMBB、URLLC、mMTC三大應用場景。
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🔮 29. 6G 願景
AI原生、太赫茲、零延遲，Tbps速率與全域覆蓋，科幻照進現實。
👉 核心重點：融合AI與通訊，打造智慧連結的「天地一體化」超級網路。
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📚 1G–6G 蜂巢式行動網路演進總結
📝 行動通訊世代小結
• 1G（AMPS / TACS 模擬）
‧ 核心特色：只能語音、無加密，像大聲公。
‧ 典型應用：行動電話起步。
• 2G（GSM / IS-95）
‧ 核心特色：語音數位化、SMS 短信誕生，安全性提升。
‧ 典型應用：簡訊熱潮、基本行動上網。
• 2.5G（GPRS / EDGE）
‧ 核心特色：加入封包交換，行動上網萌芽。
‧ 典型應用：Email、WAP、低速資料傳輸。
• 3G（WCDMA / CDMA2000）
‧ 核心特色：手機寬頻化，語音+數據並行。
‧ 典型應用：網頁、影音、即時訊息。
• 3.5G（HSPA / HSPA+）
‧ 核心特色：高速封包接取，速率翻倍。
‧ 典型應用：行動影音、即時遊戲。
• 4G（LTE / EPC）
‧ 核心特色：全 IP 架構、OFDMA + MIMO。
‧ 典型應用：高畫質影音、行動辦公。
• 4.5G（LTE-Advanced / Pro）
‧ 核心特色：載波聚合、多天線、NB-IoT。
‧ 典型應用：接近 5G 體驗、物聯網應用。
• 5G（NSA / SA + NR）
‧ 核心特色：超高速、超低延遲、網路切片。
‧ 典型應用：VR/AR、自駕車、工業自動化。
• 6G（AI 原生 + 太赫茲 + NTN）
‧ 核心特色：Tbps級速率、亞毫秒延遲、全域覆蓋。
‧ 典型應用：全息通訊、腦機介面、全球智慧城市。
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🧠 測驗（理解題）
1️⃣ 1G 與 2G 在安全性與通訊方式上的最大差異是什麼？
→ 1G 是模擬語音傳輸，沒有加密，容易被竊聽，只能打電話；
→ 2G 將語音數位化並加入加密機制，還新增了 SMS 短信，安全性與功能都大幅提升。
2️⃣ GPRS 為何被稱為「封包交換」服務？它與 2G 的電路交換有何不同？
→ GPRS 把資料拆成小封包在多用戶間動態分配頻寬，按需傳送；
→ 2G 電路交換 是整通話期間獨佔一條頻道，即使空閒也浪費資源。
3️⃣ HSPA/HSPA+ 如何在不更換核心網的情況下提升速率？
→ 透過升級 NodeB 與軟體，使用高速下行/上行封包接取、更多時槽、QPSK/16QAM 等高階調變，核心網沿用既有 3G 架構即可達速率翻倍。
4️⃣ 為什麼 LTE 不再需要 RNC，而改為 eNodeB + EPC 架構？
→ 把 RNC 的控制功能下放到 eNodeB，eNodeB 同時負責無線與控制，減少中間層降低延遲、簡化架構、支援全 IP 傳輸。
5️⃣ NSA 與 SA 的主要差別在於哪個部分？
→ NSA 用 4G EPC 核心 + 5G NR 基站，屬於非獨立架構；
→ SA 用純 5G NR + 5GC 核心，支援完整 5G 功能（低延遲、網路切片）。
6️⃣ 6G 的「AI 原生」概念與 5G 的 AI 網管有何不同？
→ 5G 是在網路管理/優化層用 AI 作輔助；
→ 6G 則在協議、架構層面直接整合 AI，使網路自我學習、自我調整、自我優化，屬於「原生」設計而非附加功能。
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🛠 實務演練題
• 應用題 1
你是一位電信規劃師，負責將一個 2G GSM 網路升級至 4G LTE，請列出需更換/升級的三個主要網元與挑戰。
三個主要網元（與工作重點）
1. 無線側：BTS/BSC → eNodeB（含天線系統）
o 置換或新建 eNodeB、支援 OFDMA、MIMO、PCI 規劃、PCI 冲突消除
o 天線/饋線/合路器評估；必要時更換為多頻/多端口天線（2×2/4×4 MIMO）
2. 核心側：MSC/SGSN/GGSN → EPC（MME/SGW/PGW）+ IMS（VoLTE）
o 啟用全 IP 核心；導入 IMS 實現 VoLTE（語音不再走電路交換）
o PCRF/PCF、DNS/NTP、Diameter 路由與互通
3. 傳輸/回程：E1/PDH → IP/MPLS/光纖/微波
o 拉通到站點的千兆級回程，建 L3/MPLS TE，確保同步與時鐘（IEEE 1588v2）
主要挑戰（與風險緩解）
• 頻譜重耕：從 GSM 釋放部分 900/1800MHz 給 LTE；做好覆蓋/容量折衝與干擾控制。
• 終端演進：存量 2G/3G 機型多，需規劃 VoLTE 白名單、緊急呼叫兼容。
• 語音遷移：CSFB → VoLTE 的過渡期體驗管理（掉話/接通時延/KPI）。
• 站點供電/機櫃/散熱：新設備功耗與機房條件評估。
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• 應用題 2
在高鐵沿線出現大量掉話與上網卡頓問題，針對 HSPA+ / LTE 網路你會怎麼調整（NodeB / eNodeB、載波聚合、handover 策略）？
WCDMA/HSPA+（NodeB/RNC）
• 軟切換/主導小區：擴大重疊覆蓋區、適當提高 CPICH 功率；Active Set 允許 2–3 個小區。
• 鄰區表/BA 列表：補齊沿線所有鄰區，移除失效鄰區；優化鄰區優先序。
• 測量與門檻：縮短測量回報週期；下調切換門檻，避免晚切。
• 干擾控制：沿線站點退傾角/功率微調，降低越區覆蓋；載波分流人車流。
LTE（eNodeB/EPC）
• HO 事件/計時：
o 以 A3 事件為主，降低 TTT（如 40–80ms）、微調 A3 Offset（略小於常規）以提早切換。
o 邊緣用戶可輔以 A5（質量門檻）保障弱覆蓋脫網前切換。
• 鄰區關係：確保 互易鄰區完整（含跨頻、跨站、X2），清理無效鄰區。
• CA（載波聚合）策略：高速場景優先 同頻連續或同 Band CA；避免異頻帶造成測量/切換負擔；視 UE 能力限制上/下行 CA。
• MIMO/調度：高速場景適度降低 Rank 要求、提升健壯性；調整 HARQ/重傳門檻與 RLC 缓衝。
• 射頻/覆蓋：增加沿線微站/拉遠頭端（RRU），調整天線下傾形成「連續覆蓋走廊」。
• 回程：確認沿線站點回程不成瓶頸（微波聚合/光纖），避免無線優化後被回程限制。
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• 應用題 3
某工業園區希望在 2028 年前導入自動化無人搬運車（AGV）和全息遠距會議，請設計一個過渡方案（5G NSA → SA → 6G）。
Phase 1：2025–2026（NSA 快速落地，先行上線）
• RAN：現網新增 5G NR gNB（NSA），覆蓋生產線與倉儲走廊；大樓內補室內分布。
• 核心/邊緣：在園區建 MEC，雖仍掛 EPC，但把 AGV 調度/視覺辨識、編隊控制下沉至 MEC；業務本地分流（LBO）。
• 業務：AGV 先跑 eMBB/可靠增強方案；全息會議用高位元率 + 前向糾錯；設定嚴格 QoS（QCI 7/9 之外開專屬承載）。
• KPI：端到端時延 < 30–40ms、可用度 ≥ 99.9%、下行 ≥ 300 Mbps（區域熱點）。
Phase 2：2026–2027（升級 SA，導入切片與更低時延）
• 核心：部署 5GC（SBA），邊緣落地 分散 UPF（uUPF）；控制面 AMF/SMF 集中，使用者面近場。
• 切片：
o 切片 #1：URLLC/AGV（1–5ms 空口，端到端 < 10–15ms，99.999% 可靠）
o 切片 #2：XR/全息（大帶寬 + 穩定時延 + 抖動控制）
o 切片 #3：一般 IT/辦公（與生產業務隔離）
• 時敏網路/同步：整合 TSN/1588v2，確保機台控制時鐘一致。
• RAN 優化：CU/DU/RU 分層，DU 下沉至廠區機房；啟用 4×4/8×8 MIMO、64/256QAM；室內做小區化與邊界重疊。
Phase 3：2027–2028（面向 6G 的可演進設計）
• 雲原生/Open RAN：CU/DU 容器化，採 COTS 與 O-RAN 開放介面，便於多廠商與 AI 控制回路接入。
• AI 原生運維雛形：引入閉環 AIOps/SON 2.0（異常偵測、切片自動擴縮、能效優化）。
• 頻譜/能力預留：規劃中高頻、毫米波的連續載波，為未來 6G 次太赫茲試點預留站點與光纖資源。
• KPI 升級：AGV 可靠度 → 5×9；XR 端到端時延 < 15ms、穩定抖動 < 5ms；專網隔離/零信任安全落地。
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🧩 1G–6G 演進圖（ASCII 示意，一眼看懂世代差異）
速率/功能 ↑
Tbps ──────────────────────┐
│ 6G 🔮 AI原生+太赫茲+零延遲
Gbps ────────────────┐ │
│ 5G ⚡ NSA/SA 超低延遲+高速率
百Mbps ──────┐ │
│ 4G 🛰 LTE 全IP 網路
十Mbps ──┐ │
│ 3G 📱 WCDMA/CDMA2000 手機能跑寬頻
百kbps ─┐ │
│ │ 2.5G 🌐 GPRS/EDGE 行動上網初登場
十kbps ─│┘
2G 📶 GSM/IS-95 語音數位化 SMS
kbps ──┘
1G 📞 模擬網 只能打電話 不安全
📈 行動通訊世代速率與功能演進說明
從 1G 模擬網開始，手機只能打語音電話、且安全性低；2G GSM/IS-95 將語音數位化並開啟 SMS 短信；2.5G GPRS/EDGE 首次引入行動上網，速度僅有十至百 kbps；3G WCDMA/CDMA2000 讓手機能跑寬頻、支援多媒體；4G LTE 轉向全 IP 網路，速率達十到百 Mbps，可隨時看影片；5G NSA/SA 帶來 Gbps 級超高速與超低延遲，支援雲遊戲、自駕車、工業自動化；未來 6G 則將邁向 Tbps 級、AI 原生、太赫茲頻段與零延遲，真正實現萬物智慧互聯。
時間軸 → 1980s 1990s 2000s 2010s 2020s 2030s
• 左邊是速率與功能的量級，右邊是各世代標籤；往上是速率與能力遞增，往右是時間演進。
• 可以清楚看出 1G→2G 語音數位化、2.5G 封包交換萌芽、3G 寬頻化、4G 全 IP、高速低延遲，5G 超低延遲多場景，6G AI 原生太赫茲全面智慧。
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✅ 總結與啟示
• 1G–2G：語音為主，從模擬到數位化。
• 2.5G–3G：資料傳輸萌芽，行動上網成為日常。
• 3.5G–4G：高速寬頻，全 IP 網路奠基。
• 4.5G–5G：載波聚合、多天線、網路切片，實現超高速、低延遲、多樣應用。
• 6G：AI 原生、太赫茲、全球一體化，將科幻場景落地。
👉 一句話總結：1G–6G 是從「能講電話」到「萬物智聯」的進化之路。
