《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 🌐》
60/100 📌 第 6 周：無線協定與流程 -規範裝置與網路如何連線、傳輸與切換。
60. 📘 總結第6週（51–59 單元）無線協定與流程 -規範裝置與網路如何連線、傳輸與切換總結
________________________________________
📖 第 6 週導讀：無線協定與流程 – 裝置如何與網路「溝通」與「行動」
本週主題聚焦於行動網路的核心靈魂──無線協定（Wireless Protocols）。
當你的手機從「開機 → 上網 → 通話 → 切換基地台」的每一步，都在依循這些協定默契地運作。
從 RACH 隨機接入 的「敲門」開始，手機透過 RRC 控制協定 與基地台展開對話，進入正式連線；當你移動時，則依靠 切換（Handover） 平順地轉移服務不中斷。
語音方面，歷經 GSM 的電路交換、UMTS 的過渡、LTE 的 VoLTE，到 5G 的 VoNR 原生語音，通訊完全邁入全 IP 化時代。
同時，承載（Bearer）與 QoS 品質保障 讓每一類流量都有專屬通道──語音講究低延遲，影音追求高吞吐。安全機制（如 AKA 認證與 IPsec/TLS 加密）則確保你的資料不被竊聽。
最後，進入物聯網世界，NB-IoT 與 LTE-M 以低功耗、高覆蓋的方式連結無數智慧裝置，開啟萬物互聯的新時代。
________________________________________
📘 總結（51–59 單元）
📡 51. RACH —— 隨機接入（Random Access Channel）
手機第一次進網時要「敲門」基地台，發送隨機接入請求，建立連線。
👉 最新核心說明： 5G 新增「2-Step RACH」機制，大幅縮短接入延遲，支援 URLLC 與大規模 IoT 裝置同時接入。
________________________________________
📡 52. RRC —— 無線資源控制（Radio Resource Control）
UE 與網路之間的「對話模式」，控制連線狀態（Idle/Connected），分配頻譜與資源。
👉 最新核心說明： 在 5G 中，RRC 支援 RRC Inactive 狀態，可在毫秒級恢復連線，兼顧省電與即時性，特別適合 IoT 與車聯網應用。
________________________________________
🔄 53. 切換（Handover）
• 硬切（Hard HO）：斷了再連，像過馬路要先離開原馬路再進入新馬路（常見於 2G/3G）。
• 軟切（Soft HO）：兩邊同時保持，逐漸交接（常見於 CDMA）。
👉 最新核心說明： 5G 導入 Conditional Handover (CHO)，讓 UE 提前接收多個候選目標，當條件滿足即自動切換，降低斷線風險。
________________________________________
📞 54. 語音呼叫演進
• GSM（2G）→ 電路交換語音。
• UMTS（3G）→ 電路域/封包域混合。
• VoLTE（4G）→ 全 IP 語音，清晰、快速。
• VoNR（5G）→ 原生語音服務。
👉 最新核心說明： 5G VoNR 可與 IMS 深度整合，支援 5G SA 網路下的超低延遲語音與高品質視訊通話，已成全球主要電信商升級方向。
________________________________________
📦 55. 數據承載（Bearer）
開啟「專屬數據通道」，用戶流量透過承載（Bearer）送往網路。
👉 最新核心說明： 在 5G Core 中改稱為 PDU Session，並支援多類型 QoS Flow，提供動態帶寬與應用分流能力。
________________________________________
🎯 56. QoS —— 品質保障
不同業務走不同「VIP 通道」：例如 VoIP 低延遲，串流影音高吞吐。
👉 最新核心說明： 5G 採用 QoS Flow ID (QFI) 動態管理，結合網路切片，可精準為自駕車、遠距醫療、AR/VR 提供差異化服務。
________________________________________
🔐 57. 安全
• AKA：認證鑑權，確認 SIM 卡真偽。
• IPsec、TLS：保護數據傳輸安全。
👉 最新核心說明： 5G 引入 SUCI/SUPI 隱私保護與 SBA 架構的安全 API 管理，防止 IMSI 追蹤與核心網攻擊。
________________________________________
📱 58. VoNR —— 5G 原生語音
不再依賴 VoLTE fallback，直接在 5G Core 上通話。
👉 最新核心說明： VoNR 可實現語音與數據同時在 5G 網路傳輸，延遲低於 30ms，正逐步取代 VoLTE 成為未來標準語音方案。
________________________________________
🌐 59. NB-IoT / LTE-M
LTE 家族的 IoT 專用分支：
• NB-IoT：窄頻、超省電，適合智慧電表。
• LTE-M：中速率、支援語音，適合穿戴與物流。
👉 最新核心說明： 5G 已將 NB-IoT 與 LTE-M 納入 5G Massive IoT 生態，並支援 RedCap（Reduced Capability）終端，進一步降低成本與功耗。
________________________________________
📝 測驗題
1️⃣ RACH 的主要功能是什麼？
A. 分配 QoS
B. 手機發送隨機接入請求
C. 建立安全加密隧道
D. 切換不同基地台
👉 正確答案：B
解析：
RACH（Random Access Channel）是手機首次與基地台聯絡時的「敲門通道」，讓 UE 發送隨機接入請求以建立無線連線。
________________________________________
2️⃣ 為什麼 4G 開始能提供 VoLTE？
A. 因為 LTE 使用 CDMA
B. 因為 LTE 支援電路交換
C. 因為 LTE 全 IP 化
D. 因為 LTE 頻寬比 3G 大
👉 正確答案：C
解析：
LTE 採用全 IP 架構（EPC + IMS），能讓語音封包化傳輸，不再依賴傳統電路交換，因此實現 VoLTE。
________________________________________
3️⃣ NB-IoT 與 LTE-M 的主要差異是？
A. NB-IoT 支援 VoLTE
B. LTE-M 頻寬較大、支援移動性
C. NB-IoT 數據速率較高
D. LTE-M 無法用於物流追蹤
👉 正確答案：B
解析：
LTE-M 採 1.4 MHz 頻寬，支援 Handover 與 VoLTE，適合穿戴與移動追蹤；NB-IoT 為 180 kHz，強調低功耗與深覆蓋。
________________________________________
4️⃣ 在 RRC 協定中，UE 處於 Connected 狀態代表什麼？
A. UE 尚未連線網路
B. UE 只接收系統廣播
C. UE 可進行資料傳輸與語音通話
D. UE 處於飛航模式
👉 正確答案：C
解析：
RRC Connected 狀態下，UE 與基地台建立控制鏈路，可傳輸用戶資料與進行 VoLTE 通話，是主要活動狀態。
________________________________________
5️⃣ 為何 5G 的 VoNR 不需要回落到 4G？
A. 因為 5G 頻寬更大
B. 因為 5G 核心具備 IMS 原生整合
C. 因為 5G 不需要核心網
D. 因為 VoNR 使用藍牙技術
👉 正確答案：B
解析：
5G Core（5GC）已與 IMS 完全整合，能原生支援語音服務（VoNR），不必像早期 5G NSA 需回落至 4G VoLTE。
________________________________________
6️⃣ 在 QoS 機制中，下列哪一項描述正確？
A. 所有流量都使用同一承載
B. VoIP 使用 Best Effort 通道
C. 不同業務有不同的優先權與延遲要求
D. QoS 只在無線側有效
👉 正確答案：C
解析：
QoS（Quality of Service）會根據服務類型分配不同通道與優先權，如 VoIP 要求低延遲、影音要求高吞吐。
________________________________________
🧩 知識地圖（41–49）
[無線接入流程]
|
v
[41. RACH: 隨機接入] --> [42. RRC: 控制模式]
| |
| [43. 切換]
|
v
[呼叫/承載建立]
├─ [44. 語音呼叫演進: GSM→UMTS→VoLTE→VoNR]
├─ [45. 數據承載: Bearer]
├─ [46. QoS: 保證品質]
└─ [47. 安全: AKA/IPsec/TLS]
|
v
[進階應用]
├─ [48. VoNR: 5G 原生語音]
└─ [49. NB-IoT / LTE-M: IoT 協定]
這張知識地圖清晰描繪了行動網路從「接入 → 通話 → 傳輸 → 擴展應用」的完整流程。
一開始，手機透過 RACH 隨機接入 向基地台「敲門」，並進入 RRC 控制模式 建立穩定連線；當使用者移動時，系統再透過 切換（Handover） 確保通訊不中斷。
接著進入核心階段——呼叫與承載建立，包括語音的演進（從 GSM 到 5G VoNR）、數據傳輸的 Bearer 承載、流量分類與 QoS 品質保障，以及 安全機制（AKA、IPsec、TLS） 以保護資料。
最後，在進階應用中，VoNR 代表 5G 原生語音的成熟落地，而 NB-IoT 與 LTE-M 則開啟了物聯網時代，讓各種智慧設備能以低功耗、廣覆蓋的方式連網。
整體而言，這是行動網路「從連線到智慧」的核心骨幹地圖，串起無線通信的每一個關鍵環節。
________________________________________
📋 呼叫流程圖
[手機開機 UE]
|
v
(1) RACH 隨機接入 🚪 --> "敲門基地台"
|
v
(2) RRC 連線 📡 --> 建立控制信道，進入 Connected
|
v
(3) 安全 🔐 --> AKA 驗證 + 建立加密隧道 (IPsec/TLS)
|
v
(4) 承載建立 📦 --> 分配數據承載 (Bearer)
|
v
(5) QoS 🎯 --> 設定優先級 (語音低延遲、影音高吞吐)
|
v
(6) 語音/數據服務 📞📶
├─ 語音：GSM → UMTS → VoLTE → VoNR
└─ 數據：互聯網 / IoT (NB-IoT / LTE-M)
📱 手機開機至服務建立流程說明
當手機（UE）開機後，會依序經過一連串的網路接入程序以取得語音與數據服務。首先在 RACH 隨機接入階段，手機主動向基地台發出「敲門」請求以建立初始連線；接著透過 RRC 連線 建立控制信道，使裝置進入 Connected 狀態。之後進行 安全驗證（AKA） 與加密隧道建立（IPsec/TLS），確保通訊的真實性與機密性。當網路確認身份後，系統會進入 承載建立階段（Bearer Setup），分配對應的數據通道，並依應用需求設定 QoS（服務品質） 以區分語音、影音或 IoT 等不同優先級。最終，手機便能順利進入 語音與數據服務階段 —— 語音通訊從早期 GSM、UMTS 演進至 VoLTE、VoNR；數據服務則支援從一般上網到 IoT（NB-IoT / LTE-M）等多樣應用，完成全程連網體驗。
👉 說明：手機（UE）必須先透過 RACH → RRC → 安全 → 承載 → QoS，才能真正進行語音或數據服務。
________________________________________
📘 學習收穫
學完本章後，讀者應能理解手機從開機到通話、上網、切換的完整流程，掌握各協定的核心功能：
RACH 負責接入、RRC 建立連線、Handover 確保不中斷、Bearer 與 QoS 管理流量品質、安全機制保護資料、VoLTE/VoNR 提供全 IP 語音、NB-IoT/LTE-M 連結物聯網。
同時能認識 5G 的關鍵創新──如 2-Step RACH、RRC Inactive、Network Slicing 等。
總體而言，讀者已具備理解行動網路運作與設計 IoT/5G 應用的基礎能力。
