Технология Bluetooth: возможности и принцип действия

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 как новые версии сильнее и лучше предыдущих, важно понять, что такое Bluetooth.

Bluetooth — это технология радиопередачи малого радиуса действия с низким энергопотреблением. Он состоит из неионизирующих электромагнитных волн в радиодиапазоне от 2.402 ГГц до 2.48 ГГц. Нахождение в нижней части диапазона позволяет Bluetooth быть энергосберегающим по сравнению с другими радиопередающими устройствами. Вот почему его легко внедрить в малогабаритные гаджеты и смартфоны, не слишком беспокоясь о времени автономной работы.

Как работает Bluetooth?

Сигналу Bluetooth, который телефон отправляет на гарнитуру, сначала предшествует программное обеспечение. Ваши данные — изображения, аудио и т. д. — не могут быть отправлены 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 соответствовать устройствам передатчика и получателя. Различные кодеки оптимальны для разных типов данных и влияют на такие факторы, как энергопотребление, скорость передачи, качество данных и дальность соединения.

Существует 79 назначенных 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 похожи на каналы Wi-Fi, которые вы найдете на своем маршрутизаторе.

Когда два устройства с питанием от Bluetooth находятся в непосредственной близости, они могут подключаться и обмениваться данными с помощью небольших компьютерных чипов, встроенных в них. Это оборудование, 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 передать высокочастотный сигнал Bluetooth с большим объемом данных на большее расстояние. Фактически, поиск баланса между энергопотреблением, качеством и диапазоном — это то, как появляется новая версия Bluetooth.

• Bluetooth класса 1 передает со скоростью 100 милливатт (мВт) на расстояние 328 футов
• Bluetooth класса 2 передает на скорости 2.5 мВт на расстояние более 33 футов
• Bluetooth класса 3 передает сигнал мощностью всего 1 мВт с радиусом действия менее 30 футов.

Для справки, самые последние наушники, гарнитуры и телефоны Bluetooth относятся к классу 2 Bluetooth, а некоторые - к классу 3. Что касается Bluetooth класса 1, его возможности дальнего действия требуют много энергии, которая обычно требует внешнего источника питания, а не только портативной батареи. Вы можете найти устройства Bluetooth класса 1 в промышленных реализациях, таких как устройства и приложения IoT на заводе или сборочной линии.

Фоновые помехи

Возможно, вы заметили, что прогулка по улице с интенсивным движением или поездка в оживленном поезде метро приводит к статическому воздействию в беспроводных наушниках. Это связано с 79 назначенными выше 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 столкнется с вашим сигналом и ухудшит его. Уязвимость — еще одна причина, по которой Bluetooth используется только для связи на близком расстоянии. Легче контролировать окружающую среду на расстоянии от 50 до 100 метров, а не на большие расстояния в километры.

Другие факторы, которые мешают сигналам Bluetooth, включают:

• Физические барьеры: Металл, штукатурка, бетон и даже влажность оказывают наибольшее влияние на качество Bluetooth.
• Чувствительность приемника: расстояние ухудшает сигнал. Если приемник недостаточно чувствителен, он может быть не в состоянии правильно принять и декодировать его.
• Мощность передачи: чем слабее базовая мощность сигнала, тем слабее он будет на расстоянии и через барьеры.