Как на самом деле работает Bluetooth?

С тех пор, как Bluetooth был впервые официально выпущен в 1999 году, он стал неотъемлемой частью повседневной жизни. В настоящее время вы можете найти версию Bluetooth в смартфонах, умных часах, беспроводных колонках и портативных гаджетах.

Но, несмотря на его популярность, многие люди до сих пор не знают, как работает Bluetooth. Итак, от частоты сигнала и фоновых помех до кодеков, диапазона и разработок — вот как на самом деле работает Bluetooth.

Что такое Bluetooth?

Прежде чем вдаваться в подробности того, как работает технология Bluetooth и чем новые версии сильнее и лучше предыдущих, важно понять, что такое Bluetooth.

Bluetooth — это маломощная технология радиопередачи малого радиуса действия. Он состоит из неионизирующих электромагнитных волн в радиодиапазоне от 2,402 ГГц до 2,48 ГГц. Существование в нижней части диапазона позволяет Bluetooth быть с низким энергопотреблением по сравнению с другими радиопередачами устройства. Вот почему его легко внедрить в гаджеты и смартфоны небольшого размера, не слишком беспокоясь о времени автономной работы.

Bluetooth может перемещаться по открытым пространствам и преодолевать некоторые барьеры без физического носителя. То, насколько далеко может распространяться конкретный сигнал Bluetooth, зависит в первую очередь от его мощности и наличия являются ли барьеры достаточно толстыми или сделаны из материалов, которые искажают и ухудшают сигнал за пределами признание.

Как работает Bluetooth?

Сигналу Bluetooth, который ваш телефон отправляет на гарнитуру, сначала предшествует программное обеспечение. Ваши данные — изображения, аудио и т. д. — не могут быть отправлены в обычном виде через Bluetooth. Сначала он проходит через алгоритм сжатия, называемый кодеком, который превращает данные в отдельные пакеты.

Кодеки, такие как aptX, AAC, SBC и LDAC, должны совпадать между устройствами-передатчиками и устройствами-получателями. Разные кодеки оптимальны для разных типов данных, и они влияют на такие факторы, как энергопотребление, скорость передачи, качество данных и дальность соединения.

Существует 79 выделенных каналов Bluetooth, и все подключенные устройства должны быть настроены на один и тот же частотный канал с полосой пропускания 1 мегагерц (МГц). В этом смысле каналы Bluetooth аналогичны Каналы Wi-Fi, которые вы найдете на своем маршрутизаторе.

Когда два устройства с Bluetooth находятся поблизости, они могут подключаться и обмениваться данными с помощью встроенных в них небольших компьютерных микросхем. Это аппаратное обеспечение, отвечающее за излучение и прием радиоволн Bluetooth.

Диапазон сигнала и классы Bluetooth

Как правило, чем ниже частота, тем больше диапазон. Но низкочастотные сигналы несут значительно меньше данных, чем их высокочастотные аналоги. Bluetooth зависит от питания.

Если вы готовы выделить достаточно энергии, вы можете передавать высокочастотный сигнал Bluetooth с большим объемом данных на большее расстояние. Фактически, поиск баланса между энергопотреблением, качеством и радиусом действия — это то, как появляется новая версия Bluetooth.

• Bluetooth класса 1 передает мощность 100 милливатт (мВт) на расстояние более 328 футов.
• Bluetooth класса 2 передает мощность 2,5 мВт на расстояние более 33 футов.
• Bluetooth класса 3 передает сигнал мощностью всего 1 мВт на расстоянии менее 30 футов.

Для справки, самые последние наушники, гарнитуры и телефоны Bluetooth относятся к Bluetooth класса 2, а некоторые — к классу 3. Что касается Bluetooth класса 1, его возможности дальнего радиуса действия требуют много энергии, для чего обычно требуется внешний источник питания, а не только портативная батарея. Вы можете найти устройства Bluetooth класса 1 в промышленных реализациях, таких как устройства и приложения IoT на заводе или сборочной линии.

Фоновые помехи

Вы могли заметить, что если вы идете по улице с интенсивным движением или едете в оживленном поезде метро, ​​в ваших беспроводных наушниках появляются статические помехи. Это связано с 79 вышеупомянутыми каналами Bluetooth.

Если вы находитесь в школе, библиотеке или в офисе с вами и всеми, кто использует устройства Bluetooth с радиусом действия около 33 футов, то обычно достаточно 79 каналов. Но когда десятки устройств конкурируют за ограниченное пространство, сигналы начинают мешать.

Хотя вы не сможете получить доступ к чужому сигналу Bluetooth (даже если вы настроите свое устройство на тот же канал, Bluetooth зашифрован), он все равно будет конфликтовать с вашим сигналом и ухудшать его качество. Уязвимость — еще одна причина почему Bluetooth используется только для связи ближнего действия. Легче контролировать окружающую среду на расстоянии от 30 до 100 футов, чем на больших расстояниях в мили.

Другие факторы, которые мешают сигналам Bluetooth, включают:

• Физические барьеры: Металл, штукатурка, бетон и даже влажность больше всего влияют на качество Bluetooth, а такие материалы, как дерево, стекло и пластик, находятся в нижней части списка.
• Чувствительность приемника: Расстояние ухудшает сигнал. Если приемник недостаточно чувствителен, он может быть не в состоянии принять и декодировать его должным образом.
• Мощность передачи: чем слабее базовая мощность сигнала, тем слабее он будет на расстоянии и через барьеры.

Версии Bluetooth

Технология Bluetooth, которую мы используем сейчас, отличается от той, что использовалась в начале 2000-х годов. Хотя он по-прежнему следует тем же принципам, новые версии Bluetooth могут делать больше за меньшие деньги. С развитием Bluetooth меняются три вещи: энергопотребление, радиус действия и скорость передачи данных (что влияет на задержка звука).

Bluetooth 1.0 был энергоемким, но имел радиус действия всего 33 фута и максимальную скорость 1 Мбит/с. Хотя Bluetooth 2.0 может передавать данные со скоростью 3 Мбит/с, это не сравнится с скачком производительности Bluetooth 3.0 со скоростью 24 Мбит/с. Но использование уровня адаптации протокола 802.11 потребляет много энергии от устройств Bluetooth 3.0.

Однако в настоящее время гораздо труднее найти Bluetooth 1.0–3.0 в коммерческих устройствах. На смену им пришел Bluetooth 4.0 и Bluetooth 5.0. Оба стандарта функционируют как Bluetooth с низким энергопотреблением, с радиусом действия 800 футов и скоростью не ниже 2 Мбит/с.

Зачем вам нужно знать, как работает Bluetooth

Bluetooth на одном уровне с Wi-Fi, GPS и технологии вышек сотовой связи. Он используется практически в каждом современном устройстве, и для работы с ним необходим базовый уровень знаний.

Зная разницу между версиями Bluetooth и различными кодеками передачи, вы сможете выбрать устройства с нужными вам характеристиками. Например, в беспроводной клавиатуре нет необходимости в энергоемком Bluetooth с большим радиусом действия, но эти функции гораздо важнее с беспроводными наушниками, с которыми вы собираетесь передвигаться.

Как работает Bluetooth? Использует ли он мой тарифный план?

Bluetooth соединяет ваши устройства, но использует ли он ваш Wi-Fi или мобильные данные?

Читать далее

Об авторе