决定物理层主要负责数据的调制、发送和接收WSN结点体积、功耗、成本的关键。

物理层的主要功能是为数据终端设备提供数据传输渠道、数据传输等管理工作。包括以下几个方面：

1. 信源编码
2. 信道编码：减少无线信道错误对信源的影响
3. 交织与调制
4. 无线信道传播
5. 信息处理

传输层的无线介质主要包括无线电波、红外线和光波。虽然红外线不受无线电波的干扰，使用不受限制，但对非透明物体的渗透性很差，WSN无线电波是主流传输方式。

在频率选择方面，一般选择ISM考虑到频段，不需要注册公共频段。WSN433MHz915MHz频段。

与传统的无线通信系统相比，WSN要解决节能和成本问题。常用调制方式：

基于正弦波的调制技术主要是调整其幅度、频率和相位，分别称为：AM、FM、PM。由于模拟调制功耗大，抗干扰能力弱，灵活性差，正逐渐被数字调制所取代。

从载波参数的变化可分为：ASK、FSK、PSK。

1. ASK
   结构简单易实现，对带宽要求小，但抗干扰能力差。
2. FSK
   与ASK需要更大的带宽。
3. PSK
   复杂但抗干扰能力好。

多进制调制分为多进制振幅调制、多进制频率调制、多进制相位调制。与二进制相比，多进制调制具有以下特点：

1. 在相同的码元传输速率条件下，M-ary调制的信息传输速率是B-ary调制的log₂M倍。
2. M-ary调制电路更复杂，输入端需要增加2-M转换器需要增加接收端M-2转换器。
3. M-ary调制需要更高的发射功率。
4. 在启动能耗大的系统中，B-ary调制更有效。
5. M-ary调制的误码率通常大于B-ary。

UWB通信技术是近年来发展迅速的短距离无线通信技术之一。与普通二进制移相键控相比，UWB不使用余弦波调制载波，发送不到1ns脉冲占用带宽很宽。UWB在较宽的频谱上传输极低功率的信号可以是10m在数百左右的范围内实现数百Mbit/s到数Gbit/s传输速率。UWB具有抗干扰性强、传输速率高、带宽极宽、功耗小、传输功率小等优点。

无线信道效应包括：

1. 衰减
   随着信号波在空气中传播，信号强度下降。
2. 反射与折射
   当信号从一种介质进入另一种介质时，一部分弹回称为反射，另一部分通过交界面继续传播，称为折射。
3. 衍射
   当信号波在陡峭的边缘传播时，陡峭的边缘形成波源。
4. 散射
   当信号波遇到粗糙的表面时，它会散射到各个方向。

Friis公式表示接收功率与发射功率的关系：
接收天线接收功率：

收发天线之间的总损失：

Pt：发射功率
G1.发射天线增益
G二、接收天线增益
L_fs：自由空间传播损失
L_s：气候造成的损失

当电波在传输过程中遇到障碍物时，会产生反射、折射、衍射等。因此，到达接收天线的信号可能有各种波。

一般来说，噪声是干扰，会导致信号失真，严重时会使通信无法有效进行。最简单的数学模型是加性噪声通道。

如果噪声主要由电子元件和接收放大器引入，则称为热噪声，统计上称为高斯噪声，因此该数学模型称为加性高斯白噪声通道模型。该模型是通信系统分析和设计中主要应用的通道模型，因为该模型可以广泛应用于许多通道，并且易于数学处理。通道衰减与该模型相结合，接收到的信号为：

a是衰减因子

物理层的设计目标是以尽可能少的能量损失获得较大的链路能量，需要考虑的要点是：

1. 结点的成本要求
   降低分立元件是降低成本的主要手段。
2. 结点的功耗要求
   要求结点的功耗是多少？uW，主要从以下两个方面入手：减少收发机电路本身的损耗，调整解调方法的选择
3. 通信速率要求
4. 通信频段的选择
   目前频段的选择大多集中在433-464MHz、902-928MHz、2.4-2.5GHz的ISM频段。
5. 编码调制方法的选择
6. 物理帧结构