《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 🌐》
31/100 📌 第 4 周：無線接取網 RAN - 基地台＋無線鏈路，連接用戶與核心網。
31. 蜂巢網結構 🏙
大小基地台合作，像摩天樓到便利商店般共存！
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🎯 單元導讀
行動通訊網路之所以能支撐數十億用戶，核心就在於 蜂巢式結構（Cellular Architecture）。
世界被劃分為一個個「小區（Cell）」，每個小區由基地台提供服務，所有小區互相銜接，就像蜂巢一樣緊密排列。
蜂巢結構的最大優勢是：
• 頻率重複利用 → 不同小區可重複使用同一頻率，提升頻譜效率。
• 分層式架構 → 大小基站（宏基站、微基站、家庭基站）共存，兼顧覆蓋與容量。
👉 一句話：蜂巢網結構 = 一張由大小基地台編織的通訊大網，既廣覆蓋，又能承載海量需求。
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🧠 一、蜂巢網的核心概念
1️⃣ 小區（Cell）劃分
• 每個基地台覆蓋一定範圍，形成「蜂窩狀」小區。
• 行動裝置在移動時，會根據訊號強度在小區間切換（handover）。
2️⃣ 頻率重用（Frequency Reuse）
• 相鄰小區使用不同頻率，避免干擾。
• 距離足夠遠的小區則可重用相同頻率，提升整體頻譜利用率。
3️⃣ 分層式基地台
• 宏基站 (Macro Cell)：大覆蓋，像摩天大樓，提供主幹網路。
• 小基站 (Micro/Pico/Femto Cell)：小範圍高容量，像便利商店，解決熱點區域的高流量。
• 異質網 (HetNet)：大小基站協同運作，確保「既能廣覆蓋，又能高容量」。
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🧠 二、蜂巢結構的挑戰
• 干擾管理 → 頻率重複使用必須精準規劃，否則互相干擾。
• handover 切換延遲 → 高速移動用戶（如高鐵）需要快速穩定切換。
• 能耗問題 → 小基站密集部署可能造成能耗與維運壓力。
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💻 三、ASCII 示意圖
蜂巢網結構（Macro + Micro Cell）
📡 宏基站 (大覆蓋)
/ | \
/ | \
📶小基站 📶小基站 📶小基站
(便利店) (車站) (商場)
這張示意圖描繪了蜂巢式行動網路的「巨微混合」架構：中央的📡宏基站提供大範圍、連續性的廣域覆蓋（確保用戶不斷線、完成大區域的控制與廣播），其下分層佈署多個📶小基站（微／皮／毫微小區），分別落在人潮密集且流量尖峰的場域如便利店、車站、商場。宏站像「骨幹傘」，負責遠距與控制面；小站像「補點燈」，加強室內與熱點容量、提升上／下載速率與體驗（特別是在高用量時段）。藉由頻率重用與功率控制，小區間干擾被壓低；同時透過無縫切換（handover）與回傳網路（光纖/微波）連到核心網，實現連續服務。這種分層異質網（HetNet）能在不大幅增加宏站功率的前提下，精準把容量「灌」到需要的地方，達到覆蓋與容量的最佳平衡。
👉 用戶在小區間移動時，手機會自動切換到訊號最佳的小區。
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🧩 四、模擬題
1️⃣ 專業題
題目：
請解釋「頻率重用」如何提升蜂巢網的頻譜效率，並說明其限制。
解析：
蜂巢網將服務區域劃分為許多小區（Cell），每個小區可重複使用相同的無線頻率，只要相鄰小區之間的干擾被有效控制。
透過這種「頻率重用（Frequency Reuse）」設計，整體頻譜可以被多次利用，使同一頻段在不同區域同時傳輸，大幅提高整體的頻譜效率（Spectrum Efficiency）。
例如：若全網共擁有 21 個頻道，採用 7 小區重用模式，則每個小區僅用 3 個頻道，但全區可覆蓋更多用戶。
限制：
• 相鄰小區若重用過近，會造成「同頻干擾（Co-channel Interference）」。
• 頻率規劃需依地形、密度、功率控制仔細設計。
• 在高密度都會區，小區邊界干擾更顯著，需引入自動功率控制（PC）、干擾協調（ICIC）或動態頻譜分配技術。
✅ 重點句：
頻率重用的核心精神是「以空間換頻寬」，讓有限的頻譜服務更多使用者。
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2️⃣ 應用題
題目：
若要規劃市區的蜂巢網，你會如何分配宏基站與小基站？為什麼？
解析：
市區屬於高人口密度、高流量、多建築遮蔽的環境，適合採用「宏＋微＋室內小區混合架構（HetNet）」。
規劃策略：
• 宏基站 (Macro Cell)：
o 佈署於大樓頂層或高塔，提供廣域控制信號與語音覆蓋。
o 頻段建議使用低頻（700–1800 MHz），確保穿透力與穩定連線。
• 小基站 (Micro/Pico Cell)：
o 設於百貨公司、捷運站、商場、餐飲聚集區。
o 採高頻（3.5 GHz 或 mmWave），提供高容量資料傳輸。
o 配合 Wi-Fi offload 與室內分布系統（DAS）提升容量。
理由：
宏基站確保基本連線，小基站則「點狀強化」熱區容量。此種分層架構能在不增加發射功率的情況下，達成覆蓋＋容量雙優化。
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3️⃣ 情境題
題目：
一位高鐵乘客抱怨通話斷斷續續，你會如何透過蜂巢架構優化「handover」切換體驗？
解析：
高速移動（>250 km/h）下，用戶經常跨越多個小區邊界，若切換控制不良，就會導致「handover fail」或通話中斷。
優化方法：
1.增加宏小區重疊區（Overlap Area）
• 適度重疊可確保信號在切換期間不掉線。
2.採用快速切換（Fast Handover）與預測機制
• 利用高鐵軌跡預測下一小區，提前準備切換。
3.引入 SON（Self-Organizing Network）自動優化
• 動態調整鄰區列表、信號閾值與功率。
4.使用專用高鐵宏區（Railway Macro Layer）
• 高架上方設置定向天線，減少過頻切換。
5.應用 X2 介面或 Dual Connectivity 技術
• 讓終端同時連兩個小區，確保過渡期間的連續性。
✅ 關鍵觀念：
高速移動用戶的穩定性取決於「切換時間 < 信號劣化時間」。
透過預測與多層蜂巢結構協作，可讓乘客在時速 300 km/h 下仍保持語音連線。
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📘 總結：
蜂巢網設計的關鍵是「空間分層、頻率重用、動態切換」三要素。
在城市如東區，需以容量為主導；在高鐵場景，需以穩定切換為核心。
兩者皆顯示蜂巢網的核心價值：在有限頻譜中，實現連續、智能、高效率的無線連線體驗。
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✅ 五、小結與啟示
• 蜂巢網結構 = 現代行動通訊的基石。
• 它透過 小區劃分 + 頻率重用，讓有限頻譜服務更多用戶。
• 分層式基地台架構 讓城市能同時兼顧「大範圍覆蓋」與「熱點容量」。
• 這一結構將隨著 5G / 6G 持續演進，與 小基站密集化、智慧協調、AI 網管 深度結合。
👉 一句話總結：蜂巢網就是行動網路的「城市規劃」，大樓和便利商店共存，才能讓訊號無所不在。
