📘 《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 10周: 🌆 從 RAN 到城市：E2E × Digital Twin × RIS × LEO 完整設計
6G 端到端工程全貌
98／150單元： 6G 城市規劃 🌆
太赫茲 × RIS × 衛星：未來城市的全域通訊設計
________________________________________
🎯 單元導讀
6G 的城市通訊設計不僅是提升傳輸速率，而是將「整座城市視為可運作的通訊基礎設施」。
未來的網路規劃將不再只是基地台位置的配置，而需要整合：
• 太赫茲（THz）街區覆蓋
• RIS（Reconfigurable Intelligent Surface）智慧反射面
• LEO 衛星與地面回傳（NTN）
• 垂直空域通訊（UAV、AAM）
• AI 驅動的城市級流量預測與資源調度
本單元以工程角度分析：
未來城市環境中，各類通訊介面如何共同組成完整、穩定且可持續擴展的 6G 網路架構。
________________________________________
🧠 一、6G 城市通訊的三大基礎構成
未來城市的通訊核心可視為：THz + RIS + NTN 的整合。
________________________________________
🧱 ① THz（太赫茲）街區通信：高速但覆蓋短
THz 頻段（100 GHz – 1 THz）預期能提供：
• Tbps 等級峰值速率
• 更窄、更準確的波束
• 亞公分級定位
但工程限制包括：
• 覆蓋距離短（約 50–150 m）
• 建築穿透性弱
• 密集部署需求高（Ultra-Dense RAN）
因此：
THz 覆蓋需納入都市整體規劃，而不能僅採基地台點狀佈建。
________________________________________
🪞 ② RIS：城市屋面與牆面成為通訊反射基礎
RIS（可重構智慧表面）可安裝於：
• 建物牆面、玻璃帷幕
• 捷運出口
• 行人天橋
• LED 看板
• 天花板與室內大型空間
功能包括：
• 在 THz/mmWave 環境下改善阻擋
• 提升 SINR
• 降低 UE 端功率消耗
• 建立虛擬 LOS（Line-of-Sight）
• 延伸短距離通訊的有效覆蓋
因此 RIS 在 6G 城市中將成為 協助 THz/mmWave 穿越複雜都市環境的重要組件。
________________________________________
🛰️ ③ NTN：LEO × 空中節點 × 雙層回傳
6G NTN 的角色包括：
• LEO 衛星提供高空覆蓋
• UAV 作為臨時或行動小型基地台
• AAM 航空器作為高空行動使用者
• 於地面網路受損時提供回傳冗餘
NTN 將成為城市網路不可或缺的第二層備援與彈性擴展渠道。
________________________________________
🗺️ 二、6G 城市網路規劃的四大核心流程
未來規劃將從傳統 2D 佈建提升到 3D 空域規劃（3D Network Planning）。
________________________________________
⭐ 1. THz 適用區域之規劃
適用於高密度且移動速度較低之區域：
• 商圈
• 校園
• 室內大型場館
• 行人聚集區
________________________________________
⭐ 2. RIS 強化反射環境
• 分析易阻擋路徑
• 製作反射拓撲（Reflection Map）
• 利用 AI 進行 RIS 角度最佳化
________________________________________
⭐ 3. LEO / NTN 回傳配置
• 選擇 LOS 良好的建築頂層
• 建立多衛星冗餘
• 最小化軌道切換引起的延遲突波
________________________________________
⭐ 4. 城市垂直空域整合（3D Urban Airspace）
需同時納入：
• 低空無人機網路
• 高空自動航行車（AAM）
• 建築高度及天線配置限制
城市規劃將從平面網路轉為三維通訊架構。
________________________________________
🌐 三、AI-native Urban Network（AI 驅動的都市網路）
AI 在 6G 城市中將負責即時運算與最佳化調度，包括：
• 阻擋預測（Blockage Prediction）
• Beamforming 與 RIS 自動角度調整
• 都市流量熱圖（AI Heatmap）
• 多衛星切換策略（Multi-orbit Steering）
• 行人/車流移動模型
• 大型活動時的流量突波預測
AI-native 的概念意味著：
網路可自動調整資源以維持穩定 SLA，降低人工最佳化負擔。
________________________________________
🛰️ 四、6G 城市三層融合架構（ASCII 示意）
┌───────────────┐
│ LEO / NTN │ ← 高空覆蓋與回傳
└──────┬────────┘
↑
┌──────────────────────────┐
│ 城市空域層（UAV / AAM） │ ← 移動空中節點
└──────┬───────────────────┘
↑
┌───────────────────────────┐
│ THz 超密集 RAN × RIS 反射環境 │ ← 地面主要覆蓋層
└───────────────────────────┘
這張 6G 城市三層融合架構示意圖 說明未來城市通訊將以「地面高頻密集覆蓋、空中彈性補強、高空廣域回傳」的立體方式運作：最底層由 THz 超密集 RAN 搭配 RIS 提供高容量、低延遲的主要地面覆蓋；中層透過 UAV／AAM 作為可移動空中節點，
________________________________________
📍 五、示例：台北、高雄、首爾的 6G 城市設計方向
• 捷運出入口：配置 RIS 協助 mmWave/THz 穿透
• 信義商圈：高密度 THz 小型基地台
• 工業與港區：NTN 回傳與衛星備援
• 亞灣區：低空空域通訊 × 智慧交通
• 演唱會/球場：AI 流量預測 + 動態 Beamforming
這些示例反映 6G 城市將採多層融合式規劃。
________________________________________
🧪 六、測驗題（工程能力檢核）
1️⃣ 專業題
THz 佈建為何通常需要 RIS 共同配置？
✔ 因為 THz 易受阻擋，RIS 有助於建立虛擬 LOS。
解析：
THz 頻段路徑損耗大、穿透能力弱，對視距（LOS）高度依賴。RIS 可透過可程式化反射與相位控制，重建等效視距路徑，提升覆蓋與連線穩定度。
________________________________________
2️⃣ 應用題
LEO NTN 在都市環境中最大的不確定因素為？
✔ 建築遮蔽及頻繁波束切換。
解析：
都市高樓易造成 LEO 訊號遮蔽，加上衛星高速移動需頻繁進行波束與衛星切換，導致連線不穩與 jitter 增加，是 NTN 佈建的主要挑戰。
________________________________________
3️⃣ 情境題
高密度步行區最適合的組合為：
✔ THz 小型基站 + RIS 增強覆蓋。
解析：
步行區距離短、容量需求高，適合採用 THz 提供超高速傳輸；搭配 RIS 可彌補遮蔽與非視距問題，提升整體覆蓋與服務品質。
________________________________________
🛠 七、實務演練題（工程實作）
1. 建立 3D THz 城市覆蓋模擬
2. 依地形/街廓設計 RIS 部署
3. 實作 LEO 連線切換算法
4. 比較不同都市 SLA（商圈 vs 工業區）
5. 模擬人潮移動對 Beamforming 的影響
________________________________________
✅ 八、小結：6G 城市作為「可編排的通訊資源網路」
• 建築不再僅是阻擋物，而成為通訊基礎的一部分
• THz 必須搭配 RIS 以強化都市覆蓋
• NTN 與地面 RAN 共同構成彈性與冗餘
• AI-native 是城市級佈建的必要條件
• 6G 城市不再依賴單層架構，而是多層（地面＋空中＋太空）
本單元的核心在於：未來城市將成為可管理、可預測、可調整的通訊空間。
