ZigBee之概要原理-6-實體層功能說明1

之前在概要原理-1有提到過ZigBee的架構圖，總共有實體層、媒體層、網路層和應用層，但只有對各層功能概述而已，並沒有作詳細的說明，此篇就先從最底層的實體層開始詳細介紹，實體層也稱為PHY(Physical)層，這層主要規定了無線電波信號的交換方式。

首先先從頻率頻寬和頻道作說明，在現在的IEEE 802.15.4規範中，有三個頻率頻寬可使用分別是868MHz、915MHz、2.4GHz，下表是三個頻率頻寬的規格︰

*調變方式之後會另作說明

台灣和日本一樣使用的是2.4GHz，共設置了16個頻道，各頻道對應的中心頻率如下表所示︰

2.4GHz頻段低功率通信資料系統中允許使用的頻率頻寬是2400MHz～2483.5MHz。
在這之中的無線區域網路中，可以設置13個頻道，但相鄰頻道的頻寬相互重疊，因而所有頻道不能同時使用，相鄰頻道沒有重疊的條件下只能使用3個頻道。

同樣使用2.4GHz頻寬的ZigBee，預先設置的頻道數是16，相鄰頻道的頻寬沒有重疊，所以可以同時使用所有的頻道。

2.4GHz頻寬的實體層中和通訊距離最有關的參數就是發信輸出功率(PTx:Transmission Power)和收信靈敏度(SRx:Receiver Sensitivity)，按照公式它的差會等於最大路徑耗損(P:Path Loss)。
PL[dBm] = PTx[dBm] – SRx[dBm]

*dBm 是在一個電子電路內,求得一聲頻訊號電平( Audio Signal Level )的量測單位，在個電路內其阻抗為600Ω，參照換算相當於一個0.775 V 的訊號電壓，這訊號電壓是RMS 的電壓值，也就是0 dBm，因為0.775 V 跨接個600Ω的負載即等於1mW，即 1 Milliwatt = 0.775V = 0 dBm / 600Ω，瓦特和dBm的轉換為 dBm = 10 log ( P / 0.001 W ) 。

而路徑耗損和發送訊息距離之間關係的公式又如︰

PL[dBm] = 40 + 10n㏒(d)

n為傳輸路徑品質的指數，n越小表示所在地越空曠，越少障礙物，d為發送訊息之距離，在室外沒障礙物的空間裡n的值約為2，在室內n的值約為2.5～4，因此發信輸出功率與通信距離的2～4次方成正比，如果發信輸出功率為-3dBm，收信靈敏度為-85dBm的理想環境下，算出來的結果如下表所示︰

影響通信距離的有可能是牆壁或天花板等的反射波而導致的多路徑同步現象，意思是多條路徑收到相同電波時，因為每條路徑電波，的強度和位元不同，所以被合成的接收電波強度時強時弱，甚至有可能完全被抵消為0。而解決這種問題最好的方法就是用分集式天線，就是同時使用2根以上的天線，手機就是個例子，不只外觀上看得見的棒狀天線，很多主機在內部還有內建一根天線。

這就是在實體層中重要的相關參數所影響的結果，實體層還有其他的功能包括調變方式和頻譜延伸等等會在之後作說明。