Wie funktioniert Bluetooth eigentlich?

Seit Bluetooth 1999 erstmals offiziell veröffentlicht wurde, ist es aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Heutzutage finden Sie eine Version von Bluetooth in Smartphones, Smartwatches, drahtlosen Lautsprechern und tragbaren Geräten.

Aber trotz seiner Popularität wissen viele Menschen immer noch nicht, wie Bluetooth funktioniert. Von Signalfrequenz und Hintergrundstörungen bis hin zu Codecs, Reichweite und Entwicklungen, hier ist die tatsächliche Funktionsweise von Bluetooth.

Was ist Bluetooth?

Bevor Sie ins Detail gehen, wie die Bluetooth-Technologie funktioniert und wie neue Versionen stärker und besser als die vorherigen sind, ist es wichtig zu verstehen, was Bluetooth ist.

Bluetooth ist eine Funkübertragungstechnologie mit geringer Reichweite und geringem Stromverbrauch. Es besteht aus nichtionisierenden elektromagnetischen Wellen im Funkbereich zwischen 2,402 GHz und 2,48 GHz. Sein am unteren Ende des Bereichs ermöglicht es Bluetooth, im Vergleich zu anderen Funkübertragungen energiearm zu sein Geräte. Aus diesem Grund ist es einfach, es in kleine Geräte und Smartphones zu implementieren, ohne sich zu viele Gedanken über die Akkulaufzeit machen zu müssen.

Bluetooth kann sich ohne physisches Medium in offenen Räumen und durch einige Barrieren bewegen. Wie weit ein bestimmtes Bluetooth-Signal reisen kann, hängt in erster Linie von seiner Stärke ab und davon, ob es vorhanden ist sind Barrieren, die dick genug sind oder aus Materialien bestehen, die das Signal darüber hinaus verzerren und verschlechtern Erkennung.

Wie funktioniert Bluetooth?

Dem Bluetooth-Signal, das Ihr Telefon an Ihr Headset sendet, geht zunächst eine Software voraus. Ihre Daten – Bilder, Audio usw. – können nicht direkt über Bluetooth gesendet werden. Es durchläuft zunächst einen Komprimierungsalgorithmus namens Codec, der Daten in einzelne Pakete umwandelt.

Codecs wie aptX, AAC, SBC und LDAC müssen zwischen Sender- und Empfängergerät übereinstimmen. Unterschiedlich Codecs sind optimal für verschiedene Datentypen, und sie beeinflussen Faktoren wie Stromverbrauch, Übertragungsrate, Datenqualität und Verbindungsreichweite.

Es gibt 79 ausgewiesene Bluetooth-Kanäle, und alle angeschlossenen Geräte müssen auf denselben Frequenzkanal mit einer Bandbreite von 1 Megahertz (MHz) eingestellt sein. In diesem Sinne ähneln Bluetooth-Kanäle dem WLAN-Kanäle finden Sie auf Ihrem Router.

Wenn sich zwei Bluetooth-betriebene Geräte in der Nähe befinden, können sie sich verbinden und kommunizieren, indem sie kleine, in sie eingebettete Computerchips verwenden. Dies ist die Hardware, die für das Aussenden und Empfangen der Bluetooth-Funkwellen verantwortlich ist.

Signalreichweite und Bluetooth-Klassen

Im Allgemeinen gilt: Je niedriger die Frequenz, desto größer die Reichweite. Niederfrequente Signale tragen jedoch deutlich weniger Daten als ihre hochfrequenten Gegenstücke. Bluetooth ist leistungsabhängig.

Wenn Sie bereit sind, genügend Energie aufzuwenden, können Sie ein hochfrequentes, datenreiches Bluetooth-Signal über eine längere Distanz übertragen. Tatsächlich entsteht eine neue Version von Bluetooth, indem das Gleichgewicht zwischen Stromverbrauch, Qualität und Reichweite gefunden wird.

• Bluetooth der Klasse 1 überträgt mit 100 Milliwatt (mW) über 328 Fuß
• Bluetooth der Klasse 2 sendet mit 2,5 mW über 33 Fuß
• Bluetooth der Klasse 3 überträgt ein Signal mit nur 1 mW mit einer Reichweite von weniger als 30 Fuß.

Als Referenz sind die neuesten Bluetooth-Kopfhörer, -Headsets und -Telefone Bluetooth der Klasse 2, während einige der Klasse 3 angehören. Was Bluetooth der Klasse 1 betrifft, so erfordert seine Reichweitenfähigkeit viel Energie, die normalerweise eine externe Stromquelle erfordert, nicht nur eine tragbare Batterie. Sie finden Bluetooth-Geräte der Klasse 1 in industriellen Implementierungen wie IoT-Geräten und Anwendungen in einer Fabrik oder am Fließband.

Hintergrundinterferenz

Sie haben vielleicht bemerkt, dass das Gehen auf einer stark frequentierten Straße oder das Fahren in einer belebten U-Bahn zu statischen Aufladungen in Ihren drahtlosen Kopfhörern führt. Dies liegt an den oben genannten 79 ausgewiesenen Bluetooth-Kanälen.

Wenn Sie in der Schule, in der Bibliothek oder im Büro mit Ihnen und allen Bluetooth-Geräte mit einer Reichweite von etwa 33 Fuß verwenden, reichen normalerweise 79 Kanäle aus. Aber wenn Dutzende von Geräten um einen begrenzten Platz konkurrieren, beginnen die Signale zu stören.

Während Sie nicht auf das Bluetooth-Signal einer anderen Person zugreifen können (selbst wenn Sie Ihr Gerät auf denselben Kanal einstellen, ist Bluetooth verschlüsselt), kollidiert es dennoch mit Ihrem Signal und verschlechtert es. Verwundbarkeit ist ein weiterer Grund warum Bluetooth nur für Kurzstreckenkommunikation verwendet wird. Es ist einfacher, eine Umgebung von 30 bis 100 Fuß zu kontrollieren als lange Distanzen in die Meilen.

Andere Faktoren, die Bluetooth-Signale stören, sind:

• Physische Barrieren: Metall, Putz, Beton und sogar Feuchtigkeit wirken sich am stärksten auf die Bluetooth-Qualität aus, wobei Materialien wie Holz, Glas und Kunststoff ganz unten auf der Liste stehen.
• Empfangsempfindlichkeit: Entfernung verschlechtert das Signal. Wenn der Empfänger nicht empfindlich genug ist, kann er es möglicherweise nicht richtig empfangen und dekodieren.
• Übertragungsleistung: Je schwächer die Grundleistung des Signals ist, desto schwächer wird es über die Entfernung und durch Barrieren.

Bluetooth-Versionen

Die Bluetooth-Technologie, die wir jetzt verwenden, ist nicht dieselbe, die es Anfang der 2000er Jahre gab. Während es immer noch den gleichen Prinzipien folgt, können neuere Bluetooth-Versionen mehr für weniger leisten. Drei Dinge ändern sich mit der Bluetooth-Entwicklung: Stromverbrauch, Reichweite und Datenübertragungsgeschwindigkeit (was sich auf die Audio-Latenz).

Bluetooth 1.0 war stromintensiv, hatte aber nur eine Reichweite von 33 Fuß und eine maximale Geschwindigkeit von 1 Mbit / s. Während Bluetooth 2.0 Daten mit 3 Mbit/s übertragen konnte, ist es nicht mit dem Leistungssprung von Bluetooth 3.0 mit 24 Mbit/s vergleichbar. Aber die Verwendung des 802.11 Protocol Adaption Layer nimmt Bluetooth 3.0-Geräten viel Energie ab.

Allerdings sind Bluetooth 1.0 bis 3.0 heutzutage viel schwerer in kommerziellen Geräten zu finden. Sie wurden durch Bluetooth 4.0 und ersetzt Bluetooth 5.0. Beide Standards funktionieren als Bluetooth Low Energy mit einer Reichweite von 800 Fuß und einer Geschwindigkeit, die nicht unter 2 Mbit / s fällt.

Warum Sie lernen müssen, wie Bluetooth funktioniert

Bluetooth ist auf Augenhöhe mit WLAN, GPS und Mobilfunkmasttechnologien. Es wird in fast jedem modernen Gerät verwendet, und Sie benötigen ein grundlegendes Maß an Understatement, um damit zu arbeiten.

Wenn Sie den Unterschied zwischen Bluetooth-Versionen und den verschiedenen Übertragungscodecs kennen, können Sie Geräte auswählen, die die von Ihnen benötigten Spezifikationen aufweisen. Beispielsweise ist in einer drahtlosen Tastatur kein stromintensives Bluetooth mit großer Reichweite erforderlich, aber Diese Funktionen sind viel wichtiger bei drahtlosen Kopfhörern, mit denen Sie sich bewegen werden.

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