📘 《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 11周: 🔭 太赫茲（THz）革命 × 光無線通訊 × 全雙工
6G 高频 × 光 × 激光鏈路的未來主戰場
110／150單元： 第十一章小結 × 測驗 🔭 THz × 光通訊
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🟦 【第 11 章總結：高頻 × 光 × 全雙工的未來網路】
第 11 章帶領你進入 6G 最前沿、最具突破性的領域：
太赫茲（THz） × 光無線通訊（OWC/VLC/FSO） × 全雙工（Full-Duplex） × Laser Link。
這些技術不只是速度快，而是解決未來「頻譜不足」「城市遮蔽」「衛星鏈路容量」等根本問題的關鍵武器。
整理如下：
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1️⃣ THz 頻段：6G 的主要增益來源
THz（0.1–10 THz）提供：
✔ 超高頻寬（百 GHz）
✔ 超高速率（Tbps 等級）
✔ 超短延遲（sub-ms）
但也伴隨：
✘ 傳播距離極短
✘ 遮蔽物極敏感
✘ H₂O / O₂ 吸收峰巨大
✘ 必須使用方向性強的 beamforming
THz 是未來 6G 的高速骨幹，而不是萬用頻段。
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2️⃣ 吸收峰：THz 的最大敵人，也是最大的特色
THz 傳輸常被：
✔ 水氣（H₂O）
✔ 氧氣（O₂）
產生強烈吸收，形成：
❗「吸收峰（Absorption Peaks）」
這讓 THz：
• 適合短距離
• 適合 line-of-sight
• 適合 beamforming
• 在室內特別有效
• 具備「天然保密性」
高吸收也讓 THz 成為 超安全高速鏈路。
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3️⃣ THz 通道模型：量測難度極高
THz 的通道模型需考量：
✔ 多普勒偏移（頻率太高 → 偏移巨大）
✔ 分子吸收
✔ RIS 反射效率
✔ 室內多徑極弱 → 幾乎為 LOS
✔ 氣候、濕度、空間環境影響劇烈
建模方式：
• 分子吸收模型（HITRAN）
• 幾何光學
• 高斯光束模型
• Ray-Tracing × AI
THz 通道建模比 microwave 難了 10 倍以上。
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4️⃣ THz 調變：超寬頻下的新挑戰
THz 通道帶寬極大 → OFDM、QAM 有物理極限。
因此需要：
✔ 超寬頻 pulse-based 調變
✔ D-band / G-band 特殊調變
✔ AI 波束對準
✔ 超高速 ADC/DAC
✔ 混合式 analog beamforming
6G THz 會出現大量 AI 原生的調變。
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5️⃣ 全雙工（Full-Duplex）：6G 的實體層革命
Full-Duplex = 同頻同時收發。
過去受限於：
❌ 自干擾（Self-interference）
❌ 模擬消除難度高
但 6G 時代：
✔ AI 消干擾
✔ sub-wavelength antennas
✔ analog + digital hybrid cancellation
將使 Full-Duplex 成真，效益：
⭐ 頻譜效率 ×2
⭐ 極低延遲
⭐ 適合自駕車、機器人、工廠通訊
這將是 6G 最可能量產的革命。
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6️⃣ VLC（可見光通訊）：室內高速 × 超安全
VLC 特點：
✔ 使用 LED → 基地台不需要架設天線
✔ 室內 1Gbps–10Gbps
✔ 無電磁干擾（醫院、飛機可用）
✔ 天然安全（光不穿牆）
適用：
• 智慧辦公室
• 工廠
• 醫療環境
• 車內／車間通訊
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7️⃣ FSO（Free-Space Optics）：城市級高速傳輸
FSO 是：
✔ 光纖等級速率（10–100 Gbps）
✔ 不需挖馬路／埋光纖
✔ 可跨建築、高樓鏈接
但：
✘ 霧、雨、雪嚴重衰減
✘ 需高精度對準
✘ 必須結合 AI 追蹤
是城市「補光纖」的超高效率方式。
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8️⃣ Laser Link（星間鏈路）：Starlink 的大絕招
Starlink 的高速關鍵不是 RF，而是：
🟦 Laser Inter-Satellite Link（ISL）
能：
✔ 以光速跨衛星傳送
✔ 避開地面延遲
✔ 全球超低延遲骨幹（< 50 ms）
✔ 毫無地面限制
Laser Link 是：
🌍 全球網路骨幹的未來
🛰️ LEO 星座的必備能力
🧠 6G NTN 的核心
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9️⃣ THz × RIS × NTN：空地整合的最後拼圖
在城市：
✔ THz 需要 RIS
✔ RIS 需要 AI
✔ AI 需要 Digital Twin
✔ NTN 需要 LEO × Laser Link
✔ 地面需與太空協同
形成 空—地—光—太赫茲 的真正全域網路：
• THz 提供高速
• RIS 導向路徑
• VLC/FSO 提供室內＆塔間
• LEO × Laser Link 提供全球
• Full-Duplex 提供 2× 效率
這是 完整的 6G 空間網（Space-air-ground Integrated Network）。
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🟩 【第 11 章：章末測驗（15 題）】
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1.（單選）太赫茲（THz）最大物理限制是？
A. 天線太大
B. 分子吸收強
C. 繞射能力太強
D. 不夠安全
✔ 正解：B
解析：
THz 頻段會被大氣中的分子（尤其是水氣）強烈吸收，造成傳輸距離短、路徑損耗極大，這是最根本的物理限制。
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2.（單選）哪種吸收峰最影響 THz？
A. CO₂
B. H₂O
C. Ar
D. N₂
✔ 正解：B
解析：
水氣在 THz 頻段具有明顯吸收峰，是造成 THz 通道衰減的主因，影響遠大於其他氣體。
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3.為什麼 THz 具有「天然保密性」？
答案要點：
易被吸收、距離短、穿牆困難 → 不易被截收。
解析：
THz 波束高度方向性、衰減快，且難以穿透建築物，使竊聽者必須位於精準位置，天然具備低可攔截性。
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4.（單選）VLC 最大優點？
A. 穿牆能力強
B. 室外使用佳
C. 頻譜免費、無干擾
D. 能穿越濃霧
✔ 正解：C
解析：
VLC 使用可見光頻譜，不佔用 RF 頻段，也不會造成無線電干擾，非常適合室內高密度環境。
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5.（單選）哪項是 FSO 缺點？
A. 速率太低
B. 無安全性
C. 受天氣影響
D. 室內效果差
✔ 正解：C
解析：
FSO 在霧、雨、沙塵等氣候條件下衰減嚴重，是其最主要的工程限制。
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6.（問答）Full-Duplex 最大技術挑戰？
✦ 自干擾消除（Self-interference Cancellation）
解析：
全雙工同頻收發時，發射訊號功率遠大於接收訊號，必須在類比與數位層精準消除自干擾才能實現。
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7.（問答）為何 THz 調變需要 AI 協助？
理由要點：
帶寬極高、beam misalignment、通道變化快，AI 可以自動補償與生成調變。
解析：
傳統固定調變與通道估測難以即時因應 THz 快速變動特性，AI 可即時學習通道並動態產生最佳調變與波束策略。
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8. Starlink Laser Link 的優勢？（列 3 項）
✔ 光速接近真空傳輸
✔ 全球低延遲骨幹
✔ 無需地面閘道支持
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9.（單選）以下何者最適合室內工廠？
A. VLC
B. FSO
C. THz (>1 km)
D. HF（短波）
✔ 正解：A
解析：
室內環境可控、燈具密集，VLC 不受 RF 干擾，適合高可靠、低延遲的工業場景。
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10.（問答）RIS 為何能改善 THz？
反射、重定向、補 LOS、增加有效覆蓋。
解析：
RIS 可將原本被遮蔽的 THz 波束重新導向使用者，補足視距不足造成的覆蓋死角。
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11.（單選）哪一項最能用於高樓之間高速連接？
A. VLC
B. FSO
C. Full-Duplex RF
D. NB-IoT
✔ 正解：B
解析：
高樓之間通常具備良好 LoS，FSO 可提供光纖等級速率，且建設快速。
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12.（問答）FSO 為何在太空系統中效果更好？
無大氣層吸收、可達長距離、穩定度高。
解析：
太空環境幾乎無氣體與天氣干擾，使 FSO 能發揮最大效能。
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13.（問答）THz × RIS × NTN 的三者協作邏輯？
THz 需要路徑 → RIS 建路徑 → NTN 補地面不可覆蓋區域。
解析：
三者各自補足對方弱點，形成高速、可控、廣域的空天地融合系統。
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14.（單選）哪項不是 THz 的必然特性？
A. 高方向性
B. 容易繞射
C. 感知精度高
D. 吸收大
✔ 正解：B
解析：
THz 波長極短，繞射能力弱，反而高度依賴視距與精準波束。
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15.（長答）請用一段話說明 6G 為什麼需要 THz × 光 × Full-Duplex。
參考答案：
6G 面臨 Tbps 等級資料需求與城市高密度連線壓力，必須引入 THz 提供超大頻寬，光鏈路作為高速骨幹，並透過 Full-Duplex 將頻譜效率提升至近兩倍，三者共同構成未來 6G 的高速主戰場。
解析：
單一技術無法滿足 6G 的容量、延遲與密度需求，唯有多技術融合才能突破物理與頻譜極限。
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🌟 最後一句話總結第 11 章：
6G 的最終形態，必然是太赫茲 × 光 × 雷射 × 全雙工 × NTN 的全頻域融合。
