物理层
1 概述
1.1.1 基本知识
- WSN（无线传感器网络）协议栈的五层模型，分别对应OSI物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层参考模型。
- 物理层为设备间的数据通信提供传输媒体和互联网设备，为数据传输提供可靠的环境。
- 物理媒体包括电缆、光纤、无线信道(最便宜)等。通信互联设备是指DTE和DCE互联设备。 DTE指数据终端设备，又称物理设备。 DCE指数据通信设备或数据电路终端设备。
1.1.2 网络物理层无限传感器
- 决定主要负责数据的调制、发送和接收WSN节点体积、成本和能耗的关键环节也是WSN研究重点之一。
- 无线传感器网络物理层对节点能耗的影响——传感器节点的大部分能力消耗在无限通信模块中。
2 频段分配
- ISM波段 无需申请，使用方便，有利于降低成本。
3 通信信道
3.1 自由空间信道
Friis弗里斯传输公式： = （PtG1G2）/Lfs 其中 Lfs为自由空间传播损失path loss，主要与d有关
3.2 多径信道
- 超短波、微波波段、电波在传播过程中也会遇到障碍物，如建筑物、高层建筑物或山丘等障碍物。反射、折射或衍射电波等。因此，接收天线的信号可能有多种反射波（包括地面反射波），称为多径传输。
- 公式如下：
3.3 加性噪声信道
3.4 实际物理信道
实际环境中的无线信道往往比较复杂，除了自由空间损失外，还有多径、阴影和多普勒频移引起的衰落。考虑到比自由空间更强的衰落，改进Friss方程 Pr = Pt（人/（4πd0））2（d0/d）n次方G1G2 其中，n一般大于2。
4 调制与解调
4.1 模拟调制
功耗大，抗干扰能力差，灵活性差，逐渐被数字调制技术所取代。但目前，模拟调制技术人员在上下变频处理中起着不可替代的作用。
4.2 数字调制
以一定的方式将基带信号调制到载波上传输。调制方法可分为三种：ASK、FSK、PSK ASK：结构简单易实现，宽带要求小，缺点是抗干扰能力差 FSK：相比于ASK需要更大的宽带 PSK：更复杂
4.3 UWB通信技术
- 超宽带（Ultra Wide Band：UWB）近年来，无限通信技术备受青睐短距离无线通信技术之一，其具有高传输速率，非常高事件和空间分辨率，低功耗、保密性好、成本低，集成方便其他特点被认为是未来短距离高数据通信最具潜力的技术。FCC对UWB的定义，UWB信号宽带应大于5000MHZ或者相对宽带大于0.2，
- 与传统的无限收发机结构相比，UWB收发机结构相对简单。UWB直接通过系统脉冲调制该系统可以使用发送信号软件无线电全数字硬件接收结构。
- UWB高斯单周期超短时脉冲是技术最基本的工作原理——发送和接收脉冲间隔严格控制。
- 接收器总是用一级前端交叉相关器用基带信号代替脉冲序列，节省了传统通信设备的中频。
- UWB两个标准共存:
- ——以摩托罗拉为代表DS-CDMA方案:即每个超过1GHz频带内用，短时间不冲发数据，硬件简单，频谱利用率高。
- ——德州仪器（TI）与Intel支持多频带OFDM联盟的OFDM方案:优点是抗符号间干扰能力强，但硬件比较复杂
4.4 扩频通信
- 采用比原始信号(通信产生的信号)本身频带宽更多的射频信号的通信，全称为扩展频谱通信。
- 理论基础：香农Shannon在信息论研究中总结的信道容量公式，即香农公式： C = W ?? Log2（1 S/N） C-信息传输速率 W-频带宽度 S-有用的信号功率 N-噪声功率
5 无线传感器网络物理层设计要点
- 当前节点物理层 随着近年来射频的发展，无限传感器网络物理层的发展与当前的设计技术水平密切相关CMOS随着工艺的发展，无限传感器网络物理层的成本和功耗可以显著降低。