《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 🌐》
82/100 📌 第 9 周：5G/6G 核心技術 - 高速、低延遲、智慧化、廣覆蓋
📘 單元 82：毫米波 / 次太赫茲 🌈 — 超高頻率，快但怕阻擋！
🎯 單元導讀
5G 與未來 6G 之所以能達到超高速率，除了多天線協同之外，關鍵在於使用更高頻率頻段。**毫米波（mmWave, 30–300 GHz）與次太赫茲（Sub-THz, 100 GHz–1 THz）**頻段提供比傳統行動網大得多的頻寬，就像高速公路突然拓寬十倍，速率可以飆升，但傳輸距離短、怕遮擋、穿透力弱，必須搭配新的佈局策略。
👉 一句話：毫米波/次太赫茲 = 超寬車道超高速，但距離短、怕阻擋！
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🧠 一、定義與頻段
• 毫米波（mmWave）：指 30–300 GHz（波長 1–10 mm）的電磁波，5G 常用 24、28、39 GHz 等頻段。
• 次太赫茲（Sub-THz）：指 100 GHz–1 THz 頻段，6G 預期會大量使用（140 GHz、300 GHz）。
• 頻寬優勢：比 3.5 GHz Sub-6 頻段大數十倍，可提供數 Gbps 甚至數十 Gbps 速率。
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🧠 二、特性與挑戰
• 優點：
o 頻寬大、速率高、延遲低。
o 波束可窄化，降低干擾、提高頻譜效率。
• 缺點：
o 傳輸距離短（僅數百公尺）。
o 穿透力弱，容易被牆壁、人體、雨雪吸收衰減。
o 需大量小型基地台（Small Cell）與波束成形技術支撐。
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🏗️ 三、應用與架構
5G 毫米波應用：
• 體育場、車站、機場等高密度區域提供數 Gbps 熱點。
• 固定無線接取（FWA）提供高速家用網路。
6G 次太赫茲應用：
• 全息通訊、超高解析度 XR。
• 超高速回程 / 中繼鏈路。
📱 UE (毫米波/次太赫茲 手機/終端)
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波束成形 / 小型基站
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高容量回程 (光纖/毫米波中繼)
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核心網 / 邊緣雲
這是一個 5G/6G 高頻通訊架構（毫米波／次太赫茲） 的簡化示意。
使用者端（UE）透過波束成形（Beamforming）連接小型基站，利用高度定向的射頻波束實現高速連線。
小基站之間再經由高容量回程（如光纖或毫米波中繼）連結至核心網與邊緣雲，進行運算與內容分發。
✅此架構展現「終端 → 小站 → 回程 → 核心／邊緣雲」的高頻網路鏈，
以波束成形 + 邊緣運算 + 高速回程三要素，實現低延遲與超高頻寬的智慧連網體系。
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🔑 四、技術亮點
• 波束成形（Beamforming）：把能量集中到特定方向，減少衰減。
• Massive MIMO：多天線協同提高信號增益。
• Dense Small Cells：高密度小型基站彌補距離短問題。
• 動態頻譜管理：在 Sub-6、毫米波、次太赫茲之間智能切換。
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🧩 五、模擬題
1️⃣ 專業題
題目：
毫米波與次太赫茲頻段的優缺點分別是什麼？
答案：
• 毫米波（30–300 GHz）
優點： 頻寬大、資料速率高（可達數Gbps），適合高密度都會區。
缺點： 穿透力弱、易受遮蔽物影響、覆蓋範圍小。
• 次太赫茲（0.1–1 THz）
優點： 頻寬更寬、延遲極低，支援全息影像與超高解析串流。
缺點： 傳輸距離更短、硬體技術要求高（天線、放大器、材料損耗大）。
✅ 一句話總結：
頻率越高 → 頻寬越大但覆蓋越小，適合高容量、短距離的高速應用。
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2️⃣ 應用題
題目：
若要在大型展覽館布建毫米波網路，需要考慮哪些挑戰（基站密度、波束成形、回程容量）？
答案：
1. 基站密度：
毫米波覆蓋範圍有限，需高密度小基站佈署（平均 50–100 m 一站），避免盲區。
2. 波束成形：
需使用動態波束追蹤（Beam Tracking），應對人流移動與遮蔽變化。
3. 回程容量：
各小站需透過光纖或毫米波中繼提供高頻寬回程（≥10 Gbps），確保穩定連線。
✅ 結論：
展館場景須以密集微小區、智慧波束與高容量回程協同設計。
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3️⃣ 情境題
題目：
假設你負責規劃 6G 次太赫茲基站佈局，如何確保全息通訊在移動狀態下仍穩定？
答案：
1. 多鏈路協同（Multi-Link Coordination）：
讓使用者同時連接多個基站，進行動態接力（Seamless Handover）。
2. 智慧反射面（IRS, Intelligent Reflecting Surface）：
在牆面、天花板佈置可控反射面，引導波束繞過遮蔽區。
3. 邊緣運算（Edge Computing）：
將全息渲染與頻譜分配移至邊緣節點，降低回程延遲。
✅ 結論：
結合「多連線 + 智慧反射 + 邊緣運算」，即可在次太赫茲環境下維持行動全息通訊的穩定與即時性。
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🛠 六、實務演練題
1️⃣ 熱點覆蓋測試
題目：
在模擬軟體中設定 28 GHz 毫米波小區與 3.5 GHz 小區，測試不同距離下吞吐量與延遲差異。
解答：
28 GHz 在短距離下可達極高速率（>2 Gbps），但距離稍遠或遮蔽後衰減明顯，延遲上升。
3.5 GHz 則覆蓋較廣、穿透力佳，速率穩定但峰值較低。
✅ 結論： 毫米波適合熱點區高速接入，Sub-6 GHz 適合廣域覆蓋與穩定連線。
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2️⃣ 阻擋影響評估
題目：
模擬牆壁或人體遮擋對 60 GHz 與 140 GHz 信號的衰減，分析需多少小型基站補充。
解答：
60 GHz 受人體遮蔽損耗 10–20 dB，140 GHz 損耗可達 30 dB 以上；遮蔽後速率驟降。
因此需提高基站密度（每 30–50 公尺 一站），並部署智慧反射面或波束重導技術。
✅ 結論： 頻率越高越需密集佈建與智慧反射輔助，才能維持連續覆蓋。
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3️⃣ 動態頻譜切換
題目：
設計一個策略：當 UE 遠離毫米波基站時自動切換至 Sub-6 頻段，確保不中斷。
解答：
可採 雙連接（Dual Connectivity） 機制：
• 同時維持 mmWave 與 Sub-6 連線。
• 當 RSRP 或 SINR 低於門檻時，自動切換至 Sub-6。
• 切換過程利用 make-before-break 確保不中斷。
✅ 結論： 結合 Dual Connectivity 與 智慧門檻判斷，可實現平滑頻段切換與連線穩定。
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✅ 七、小結與啟示
• 毫米波 / 次太赫茲頻段是 5G / 6G 高速的關鍵，提供極大頻寬和速率。
• 挑戰：距離短、穿透弱，需要小型基站、波束成形、動態頻譜管理。
• 應用：高密度場景、全息通訊、超高速回程。
👉 一句話總結：毫米波/次太赫茲 = 超寬頻高速車道，但距離短、怕阻擋，要靠密集佈局與波束成形補強！
