📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 8周: 📱 從小晶片到手機：嵌入式、Android 與 IoT × AI
IoT × MCU × Android × TinyML 完整實戰
76／150單元： Android 通訊 API 📱
手機如何連基地台（RRC / NAS / Socket / HAL / Radio Interface Layer）
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🎯 單元導讀
你每天都拿手機，但很少有人真正理解：
手機「是如何」連上 4G/5G 基地台的？
Android 不只是 App 系統，它其實包含：
✔ RIL（Radio Interface Layer）
✔ Modem firmware
✔ Telephony Framework
✔ HAL（Hardware Abstraction Layer）
✔ RRC（Radio Resource Control）
✔ NAS（核心網協議）
而你寫 App 時用到的：
✔ TelephonyManager
✔ SmsManager
✔ ConnectivityManager
✔ NetworkCallback
全部都是通往這個「基地台連線大系統」的入口。
本章會讓你具備：
⭐ 電信工程師 × Android 系統工程師 × 5G 核心網的視野。
⭐ 從 App → Framework → HAL → Modem → gNodeB 的完整流程。
⭐ 6G/LEO NTN 時代，Android 怎麼知道要連哪個基地台？
一句話：
手機連線 = Android × Radio × 5G Protocol Stack 的跨系統協同。
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🧠 一、Android 如何連基地台？（總覽）
手機連線流程＝五層：
App 層 → Framework 層 → RIL 層 → Modem → gNodeB/eNodeB
✔ App：使用 TelephonyManager
✔ Framework：Java Telephony Framework
✔ RIL：C/C++ Radio Interface Layer
✔ HAL：Hardware Abstraction Layer
✔ Modem：跑 4G/5G 協議（Layer 1~3）
✔ gNodeB：基地台
✔ Core：AMF / SMF / UPF
Android 本身不跑 5G 協議──
協議跑在 Modem（高通、MTK）的 firmware 裡。
Android 做的是：
⭐ 發指令下去
⭐ 接收 modem 回傳的訊息
⭐ 處理網路狀態變化
⭐ 管理 Data / IMS / VoLTE / SMS
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🧠 二、Android 通訊 API 的主角們（務必記住）
✔ ① TelephonyManager（最常用）
提供你 App 可以讀的資訊：
• 訊號強度（RSRP / SINR / RSSI）
• 網路型態（LTE/NR/WCDMA）
• Cell ID
• Carrier config
• Data state
• VoLTE/VoNR 狀態
val tm = getSystemService(TelephonyManager::class.java)
val strength = tm.signalStrength
val cellInfo = tm.allCellInfo
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✔ ② PhoneStateListener（監聽 RRC 狀態）
當手機：
• 切台
• 掛網
• 失去訊號
• 從 LTE → NR
系統都會 callback。
override fun onSignalStrengthsChanged(signalStrength: SignalStrength) {}
override fun onCellInfoChanged(cellInfo: MutableList<CellInfo>) {}
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✔ ③ ConnectivityManager（處理 Data Session）
Android 用它來管理：
• Mobile Data
• Wi-Fi
• VPN
• 5G SA/NSA data session
connectivityManager.registerNetworkCallback(request, callback)
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✔ ④ SmsManager / SubscriptionManager（SMS / SIM）
5G 核心網下：
• SMS over IMS
• VoLTE / VoNR
• SIM 切換（DSDS）
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🧠 三、Android → Modem → gNodeB 的實際流程
這是本章最重要的知識（工程師必會）。
⭐（1）RRC 層（Radio Resource Control）
由 Modem 處理：
• RRC Idle → Connected
• 測量（measurement）
• 切換（handover）
• 初始註冊
• BWP / beam management（5G）
Android 不控制 RRC，
Android 只是「顯示結果」。
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⭐（2）NAS 層（Non-Access Stratum）
Modem 跑 NAS 去和核心網溝通：
✔ 註冊
✔ 建立 PDU Session
✔ 認證（AKA）
✔ AMF / SMF 互動
Android 也不跑 NAS──
Android 只負責把 NAS 訊息用 RIL 曝露給 Framework。
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⭐（3）RIL（Radio Interface Layer）API
Android 用 RIL 向 Modem 下命令：
例如：
• SETUP_DATA_CALL
• SEND_SMS
• QUERY_NETWORK_SELECTION_MODE
• ENABLE_NR
• GET_SIGNAL_STRENGTH
Modem 用 AT command / QMI / Proprietary protocol 回應。
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🧠 四、Android 如何決定連哪個基地台？（工程版）
雖然 App 不能控制 RRC，
但 Android 可以影響：
✔ 網路選擇（手動/自動）
✔ 偏好 NR/LTE
✔ APN 配置
✔ Data policy（5G only / NR preferred）
基站選擇邏輯：
Modem 做：
1. Scan 頻段
2. 測 RSRP / RSRQ / SINR
3. 根據 Operator Policy 選擇候選小區
4. RRC Connection Request
Android 做：
1. 決定允不允許 4G/5G
2. 設是否允許手動選擇
3. 給 Modem Operator config
Android 可控：政策
Modem 可控：協議
gNodeB 可控：排程 + admission
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🧠 五、6G / LEO NTN 時代：Android 會變怎樣？
在 NTN 下：
✔ 手機會同時看到「衛星基站（NTN-gNB）」
✔ 需要 RRC for NTN
✔ Timing advance 要很大（衛星距離遠）
✔ Doppler 補償一起做
✔ Android Framework 必須支援 NTN capability
你未來做 LEO × Android 的路：
⭐「Android Telephony + Modem + RRC(NTN) + NTN-gNB」
這會是 2030–2040 的黃金技能。
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🧠 六、ASCII 工程圖：Android → Base Station
[ App ]
|
[ Telephony Framework ]
|
[ RIL / HAL ]
|
[ Modem Firmware ] ← 跑 RRC, MAC, PHY, NAS
|
[ gNodeB / eNodeB ]
|
[ AMF / SMF / UPF ]
簡單來說，App 只負責發起通訊需求（通話、上網、傳資料），實際的通訊控制會往下交給 Android Telephony Framework 統一管理，再透過 RIL / HAL 把作業系統的指令轉換成硬體可理解的命令，送進 Modem Firmware。真正「懂電信協定」的是 Modem，它內部執行 NAS（核心網註冊）、RRC（連線控制）、MAC / PHY（無線排程與實體層），負責與基地台 eNodeB（4G）或 gNodeB（5G） 進行空中介面通訊。基地台再把控制面與使用者資料送進核心網，由 AMF / SMF / UPF 分別處理身分驗證、連線管理與實際資料轉送。
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🧠 七、模擬題
1️⃣ 專業題：Android 為什麼不能直接控制 RRC？
📦 答案：
因為 RRC 是 3GPP 協議，由 Modem firmware 實作，Android 只有 Framework 層，不具備協議功能。
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2️⃣ 應用題：Android App 可以直接看 NR（5G）訊號強度嗎？
A. 完全可以
B. 不行
C. 需 Android 11+ 以及 Modem 支援 ✔
D. 需 root
👉 Android App 只有在 Android 11 以上，且底層 Modem / HAL 有開放 NR 量測介面時，才能合法讀取 5G（NR）訊號強度；不是所有手機都支援。
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3️⃣ 情境題：某地區 LTE 訊號弱，但 5G 很強，如何讓手機偏好 5G？
✔ 設定 NR Preferred（NetworkType）
✔ 調整 CarrierConfig
✔ 開啟 NR SA 模式
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🛠 八、實作練習（工程級）
1. 用 TelephonyManager 顯示 RSRP/SINR
2. 實作 NetworkCallback 監測 NR→LTE 切換
3. 使用 ADB logcat 分析 RIL 日誌
4. 用 QXDM / MTK MetaMode 抓 Modem log
5. 模擬 5G SA 下的 PDU Session 建立流程
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⭐ 九、小結：Android 是 5G/6G 通訊的 UI，而 Modem 是靈魂
✔ Android 不跑協議，但控制整個「行為」
✔ RIL 是 Android 與 Modem 的橋樑
✔ Modem 決定 RRC、NAS、beam、handover
✔ App 只能讀資訊、不能控制底層
✔ 6G NTN 會讓 Android Telephony 大改版
✔ 未來工程師必懂：Android × Modem × 5G Stack
一句話：
⭐ Android 是手機的「大腦外殼」
⭐ Modem 是手機的「通訊靈魂」
⭐ gNodeB/NTN 是手機的「宇宙入口」
