《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 🌐》
40/100 📌 第 4 周：無線接取網 RAN - 基地台＋無線鏈路，連接用戶與核心網。
40.小結與實作 📻 模擬設計一張 RAN 拓撲圖！
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複習：無線接取網 RAN — 基地台與用戶的橋樑
第 4 週的學習讓你全面掌握無線接取網（RAN）的演進脈絡與核心技術。從 2G 的 BSC + BTS 集中控制架構，到 3G 的 NodeB + RNC 分層設計，再進化至 4G eNodeB 一體化的全 IP 網路，最後邁向 5G 的 NG-RAN 分層雲端架構（CU/DU/RU）。
同時，本週也深入探討了 5G 的關鍵技術：Massive MIMO 讓多天線同時服務多用戶、波束成形（Beamforming） 精準聚焦信號方向、小基站 HetNet 解決密集區與室內覆蓋問題，而 Open RAN 則以開放標準打破傳統封閉架構，促進多廠商協作與成本下降。
透過這一週的學習，你不僅能理解各代行動網架構的技術邏輯，也能看出行動通訊如何從「集中 → 一體化 → 分層 → 開放雲化」持續演進，為 6G 智慧網路奠定基礎。
此外，本週也介紹 5G 的關鍵技術：
📡 Massive MIMO 提升容量與頻譜效率、
🔦 波束成形（Beamforming） 精準集中信號、
🏘 小基站 HetNet 打造熱點補強覆蓋、
🛠 Open RAN 則開啟多廠商協作的新時代。
在最後的實作單元，你將親手 模擬設計一張 RAN 拓撲圖，以圖像化方式理解各代基地台與無線鏈路如何串聯，並體會 5G 網路靈活、開放、智慧的核心精神。
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📘總結：RAN 的演進與關鍵技術
🏙 31. 蜂巢網結構
• 蜂巢式架構是行動網的基礎，透過大小不同的基地台（宏基站、微基站、皮ico小區），達到「廣覆蓋 + 熱點補強」。
📶 32. GSM RAN (2G)
• BSC + BTS 架構：BTS（基站）負責收發，BSC（控制器）負責管理。
• 特點：主要服務語音與簡訊。
🛠 33. UTRAN (3G)
• NodeB + RNC：NodeB 負責收發，RNC 統籌控制。
• 特點：支援寬頻上網，延遲改善，但架構仍偏複雜。
⚡ 34. E-UTRAN (4G LTE)
• eNodeB 一體化，取代 NodeB + RNC。
• 優勢：全 IP 架構，降低延遲，支援高速率。
🌐 35. NG-RAN (5G)
• gNodeB 分 CU/DU：集中單元（CU）管控制，分佈單元（DU）處理無線連線。
• 特點：靈活部署，支援雲化與虛擬化。
📡 36. Massive MIMO (5G)
• 數十到上百天線同時發射/接收，提升容量與頻譜效率。
🔦 37. 波束成形 (Beamforming)
• 控制天線相位，將訊號集中成光束，精準對準使用者。
🏘 38. 小基站 HetNet
• 宏基站 + 小基站協同，解決室內、熱點覆蓋不足問題。
🛠 39. Open RAN
• 開放介面標準化，RU/DU/CU 可由不同廠商供應。
• 優勢：降低成本、促進生態多元。
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🧩 測驗題
💡 一、單選題
1️⃣ 哪一代網路開始由「eNodeB」一體化，取消 RNC？
A. 2G
B. 3G
C. ✅ 4G
D. 5G
📘 解析：
3G 網路架構中有 RNC（Radio Network Controller）控制多個 NodeB；
而 4G 將 RNC 功能整合入 eNodeB，形成一體化架構，使控制與傳輸延遲更低。
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2️⃣ 在 5G 架構中，哪一個單元主要負責「即時性高的 MAC/RLC 層控制」？
A. CU
B. ✅ DU
C. RU
D. EPC
📘 解析：
DU（Distributed Unit）位於邊緣節點，負責即時性高的資料排程與無線資源分配，
而 CU 負責高層協議（PDCP/RRC），RU 則處理射頻層。
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3️⃣ 以下哪個是 5G 提升容量的關鍵技術？
A. TDMA
B. CDMA
C. ✅ Massive MIMO
D. HSPA+
📘 解析：
Massive MIMO 透過多天線與波束成形同時服務多用戶，
可大幅提升頻譜效率與網路容量，是 5G 的核心技術之一。
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4️⃣ 在 HetNet 架構中，小基站的主要功能是：
A. 提供長距離覆蓋
B. 取代所有宏基站
C. ✅ 補強高密度區域的容量與訊號
D. 處理核心網功能
📘 解析：
小基站（Small Cell）佈建在人潮密集處，用以分流流量、強化室內與盲區覆蓋。
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5️⃣ Open RAN 的主要特徵是什麼？
A. 所有設備由單一廠商製造
B. 封閉介面、專有硬體
C. ✅ 開放介面、可多廠商互通
D. 僅支援 4G 網路
📘 解析：
Open RAN 採用 O-RAN Alliance 開放標準，使不同廠商的 RU/DU/CU 可相互連接，
以降低成本並提升靈活性。
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6️⃣ 若要在高鐵沿線確保 5G 不掉線，最關鍵的設計是：
A. 使用高功率單一基地台
B. ✅ 部署分佈式 DU 並進行快速 handover
C. 降低頻寬以增加穩定性
D. 只依靠宏基站
📘 解析：
分佈式 DU 能縮短反應時間，透過高速光纖互聯實現快速切換，
確保高速移動中的不中斷連線。
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⚙️ 二、判斷題
7️⃣ Massive MIMO 主要是靠「增加天線數量」與「波束成形」來提升頻譜效率。
✅ 正確
📘 解析：
Massive MIMO 結合多天線陣列與 Beamforming，使信號集中於特定方向，
可同時服務多用戶並提升容量與效率。
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8️⃣ 在 5G 架構中，CU 一定必須放在基地台現場附近以確保低延遲。
❌ 錯誤
📘 解析：
CU 負責高層控制，可部署於資料中心或雲端，
低延遲任務由 DU 處理，不必將 CU 放在現場。
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9️⃣ HetNet 是指異質網路，由多層不同類型基地台共同組成。
✅ 正確
📘 解析：
HetNet 結合 Macro Cell、Small Cell、Wi-Fi AP 等多層架構，
能同時提供廣覆蓋與高容量服務。
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🔟 Open RAN 架構下，電信商可自由組合不同廠商的硬體與軟體。
✅ 正確
📘 解析：
Open RAN 採用開放介面（如 A1、E2、F1），允許不同廠商模組互通，
打破傳統封閉供應鏈限制。
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🧠 三、簡答題
1️⃣ 請說明 Open RAN 與傳統 RAN 的最大差異，並舉一個導入優勢。
✅ 參考答案：
傳統 RAN 為單一廠商封閉架構，軟硬體高度綁定；
Open RAN 採開放介面標準，允許多廠商模組互通。
其優勢包括降低成本、提升彈性與促進創新，例如可使用通用伺服器降低 CAPEX。
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2️⃣ 若要在市區跨年晚會避免 5G 網路塞車，如何規劃宏基站與小基站？
✅ 參考答案：
宏基站提供整體廣覆蓋，小基站部署於人潮集中區（舞台、出口），
以分流大量即時傳輸流量，並可搭配臨時行動基站（COW）增強容量。
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3️⃣ 為何天線越多，波束成形的方向越窄且精準？
✅ 參考答案：
因為天線數量增加可產生更多相位控制組合，使主瓣能量更集中、旁瓣干擾更低，
藉由相長干涉形成高指向性波束，提升信號強度與精度。
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4️⃣ 假設偏鄉地區無法架設大型宏基站，如何利用 Open RAN 解決？
✅ 參考答案：
可採用低成本、小型化的 Open RAN 小基站，
透過雲端集中控制與通用伺服器運作，降低硬體成本並支援遠端維護。
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5️⃣ 若多家 Open RAN 設備廠商間出現互通性問題，該如何解決？
✅ 參考答案：
依 O-RAN Alliance 標準進行介面驗證（如 F1、E2、A1），
建立多廠商整合測試平台（Integration Lab），
並由系統整合商（SI）協調調校設定，確保互通穩定。
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🛠 實務演練題
1️⃣ 網路規劃題：大型體育館 5G 網路設計
在體育館內，採用 宏基站 + 小基站 + Massive MIMO + 波束成形 的組合：
• 宏基站：設於外圍高點，提供整體廣域覆蓋。
• 小基站：分布於觀眾席與通道內，分流高密度用戶流量。
• Massive MIMO：利用多天線同時服務多用戶，提升容量。
• 波束成形：集中信號能量，精準指向人群區域，減少干擾。
👉 效果：能確保數萬人同時上網仍穩定、高速、不塞車。
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2️⃣ 故障排查題：Massive MIMO 干擾問題
可能原因：
• 波束角度設定錯誤導致波束重疊干擾。
• 天線校正或時序同步不良。
• 反射或多徑效應在密集建築區放大干擾。
解決方案：
• 重新優化波束方向與功率設定。
• 檢查天線相位與時間同步。
• 啟用干擾協調（ICIC/CoMP）或 AI 自動波束優化。
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3️⃣ 設計題：偏鄉地區 HetNet + Open RAN 佈建
• HetNet：以宏基站提供廣覆蓋，小基站補強村落與建物內訊號。
• Open RAN：採開放式架構與通用伺服器，降低設備與維護成本。
• 整體策略：雲端集中控制 + 在地輕量化部署，達成低成本、高覆蓋、高彈性。
📡 無線接取網 RAN 演進拓撲圖（2G → 5G）
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📶 2G GSM RAN：集中控制（語音時代）
📱 UE
│ 無線鏈路 (2G)
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🏗 BTS ─── BSC ─── MSC
│收發 │控制 │核心交換
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🛠 3G UTRAN：寬頻啟動（行動上網時代）
📱 UE
│ 無線鏈路 (WCDMA)
▼
🏗 NodeB ─── RNC ─── CN
│收發 │控制 │核心網路
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⚡ 4G E-UTRAN：全 IP 化（高速網路時代）
📱 UE
│ 無線鏈路 (LTE)
▼
🏗 eNodeB ─── EPC
│收發+控制合一 │核心網路 (全IP)
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🌐 5G NG-RAN：雲端分層（智慧網路時代）
📱 UE
│ 無線鏈路 (5G NR)
▼
📡 RU ←→ 🖥 DU ←→ ☁️ CU ←→ 🏢 5GC
(無線收發) (邊緣控制) (雲端管理) (核心網)
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🏘 小基站 HetNet：多層協同覆蓋
宏基站📡 提供廣域覆蓋
小基站🏠 分流人潮與室內信號
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🛠 Open RAN：開放互通、智慧管理
不同廠商的 RU / DU / CU 可自由組合
通用伺服器 + 虛擬化平台 + AI 優化運作
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學完本週內容後，讀者應能清楚理解無線接取網（RAN）從 2G 到 5G 的完整演進脈絡，掌握從集中式控制到分層雲化的技術轉變。能分辨各代基地台架構（BTS、NodeB、eNodeB、gNodeB）與關鍵技術（Massive MIMO、波束成形、HetNet、Open RAN）的角色與價值，並能以系統化視角設計 RAN 拓撲圖，理解 5G 網路如何透過模組化、虛擬化與開放化，實現高速、低延遲與智慧連結的未來通訊網路。
💡 結論：
從 2G 的集中控制、3G 的寬頻化、
到 4G 的全IP整合，再到 5G 的分層雲端架構，
行動網路正朝向「靈活部署、開放互通、智慧運算」邁進。
