Bluetooth (w skrócie BT) – standard bezprzewodowej komunikacji za pomocą fal radiowych. Służy do przesyłania danych pomiędzy urządzeniami elektronicznymi. Powstał z myśli producentów (Intel, Ericsson, Nokia): o stworzeniu jednolitego standardu przesyłu bezprzewodowego. Charakteryzuje go krótki zasięg oraz wielka kompatybilność urządzeń w niego wyposażonych.
Nowy standard komunikacji szybko zadomowił się na rynku. Cały czas jest rozwijany i są wprowadzane nowe funkcje. Aktualnie jest pełno oryginalnych rozwiązań opartych o tą technologię. W tym artykule skupię się na wszystkich istotnych rzeczach związanych z Bluetoothem. Omówię krok po kroku: jak działa ta technologia, jaki osiąga zasięg, na jakie wersje się dzieli, jakie jej odmiany występują oraz omówie jej najważniejsze funkcjonalności.
Spis treści:
- Skąd się wzięła nazwa Bluetooth?
- Jak działa?
- Jaki jest maksymalny zasięg? Co to są klasy BT?
- Tabela wszystkich wersji BT.
- EDR – co to jest?
- BLE – co to jest?
- HS – co to jest?
- Profil BT- co to jest ?
- GAVDP – co to jest ?
- A2DP – co to jest?
- VDP – co to jest?
- Kodeki obsługiwane przez standard
- Opis poszczególnych kodeków
- Opóźnienia w przesyle dźwięku – od czego zależą?
- O jakości dźwięku wysyłanego bezprzewodowo
Skąd się wzięła nazwa Bluetooth?
Nazwa Bluetooth została zaproponowana przez inżyniera intela – Jima Kardacha. Przeczytał on w książce o królu z przydomkiem Bluetooth (Heraldzie Sinozębnym) który zjednoczył rody od lat toczące ze sobą wojny. Jim szybko skojarzył ujednolicenie standardu komunikacji bezprzewodowej z dokonaniem duńskiego króla. Tak oto powstała nazwa Bluetooth.
Jak działa Bluetooth?
Standard Bluetooth wykorzystuje fale radiowe do przesyłu danych. Fale te oscylują w okolicach częstotliwości 2.4Ghz (podobnie jak wi-fi). Sam przesył odbywa się na takiej samej zasadzie co WIFI ale na mniejszą skalę (mniejsza moc, zasięg oraz przesył – większa oszczędność energii). W przeciwieństwie do Wifi został stworzony z myślą o komunikacji urządzenie-urządzenie a nie urządzenie nadawcze (router) – urządzenie.
Urządzenia Bluetooth które łączą się ze sobą w pierwszej kolejności „przedstawiają się sobie” wymieniając między sobą podstawowe informacje i ustalając które ma być urządzeniem nadającym a które odbiorczym. Oczywiście urządzenia Bluetooth mogą działać na zasadzie wzajemnego przesyłania informacji bez podziału na urządzenie odbierające i wysyłające.
Mimo iż przesył odbywa się na tej samym paśmie co WIFI nie ma obawy o to że urządzenia będą się zakłócać nawzajem – operują one w oparciu o zmienne częstotliwości.
Ponadto każde urządzenie Bluetooth posiada swój unikatowy adres nadany przez producenta. Dzięki niemu nie ma obawy o to że dwa różne urządzenia BT np. myszka i klawiatura przestaną się łączyć z komputerem a zaczną ze sobą nawzajem. Przesyłane informacje mają swojego adresata. Tak oto gdy klawiatura Bluetooth odbierze informacje zaadresowane do myszki to po prostu je zignoruje.
Zasięg Bluetooth
Nadajniki BT działają w oparciu o klasy mocy:
| Klasa Bluetooth: | Maksymalna moc: | Zasięg teoretyczny: |
| klasa 1 | 100 mW | do 100 metrów |
| klasa 1.5 | 10 mW | do 20 metrów |
| klasa 2 | 2.5 mW | do 10 metrów |
| klasa 3 | 1 mW | do 1 metr |
| klasa 4 | 0.5 mW | do 0.5 metra |
Poszczególne wersje bluetooth mogą osiągać większe zasięgi niż podane. Przykładowo: BT 5.0, klasa 1 może osiągnąć zasięg teoretyczny – 200 metrów na otwartej przestrzeni.
Są to zasięgi teoretyczne. Praktyczne zasięgi zależą od warunków – jeżeli przestrzeń przesyłania danych jest otwarta wówczas zasięg przesyłu jest największy. Każdy mebel a przede wszystkim ściany bardzo zmniejszają zasięg.
Najskuteczniej jednak sygnał blokuje ludzkie ciało. Może zdarzyć się że telefon trzymany w kieszeni nie uzyska maksymalnego zasięgu ponieważ już na starcie traci połowę nadawanych fali. Fale tego typu nie są wstanie przelecieć na przez skórę człowieka (z korzyścią dla niego).
Wersje Bluetooth
Standard BT występuje występuje w 12 wersjach. Różniących się przesyłami oraz funkcjonalnością. Poniższa tabela opisuje je wszystkie:
| Wersja: | Rok wydania: | Maksymalna przepustowość (teoretyczna): | Główne zmiany: |
| Bluetooth 1.0a, 1.0B | 1999 | 21 kb/s | Zwiększono transfer. |
| Bluetooth 1.1 | 2001 | 124 kb/s | Zwiększono transfer. |
| Bluetooth 1.2 | 2003 | 721 kb/s | Zwiększono transfer. |
| Bluetooth 2.0 | 2005 | 2,1 Mb/s | Wprowadzono EDR – Enhanced Data Rate (znacznie szybszy przesył danych). |
| Bluetooth 2.1 | 2007 | 2,1 Mb/s | Uproszczony proces parowania, mniejsze zużycie energii, wprowadzono wsparcie dla NFC. |
| Bluetooth 3.0 | 2009 | 24 Mb/s | Wprowadzono HS – High speed channel (dodatkowy kanał przesyłu, zwiększający przesył) |
| Bluetooth 4.0 + LE* | 2009 | 24 Mb/s lub 1 Mb/s * | *Wprowadzenie BLE – Bluetooth Low Energy (znacząco ogranicza pobór mocy kosztem przesyłu). Wzrósł maksymalny zasięg do 100 metrów. Poprawiono bezpieczeństwo (szyfrowanie 128-bitowe). |
| Bluetooth 4.1 | 2013 | 25 Mb/s lub 1 Mb/s * | Ulepszono jedynie software: wprowadzono obsługę urządzeń typu wearables (np. smartwatch). Minimalnie ulepszono transfer. |
| Bluetooth 4.2 | 2014 | 25 Mb/s lub 1 Mb/s * | Łatwiejsze łączenie. Poprawiono bezpieczeństwo. |
| Bluetooth 5.0 | 2016 | 50 Mb/s lub 2 Mb/s * | Zwiększono zasięg i transfer. |
| Bluetooth 5.1 | 2019 | 50 Mb/s lub 2 Mb/s * | Możliwość określania kierunku z którego jest nadawany/odbierany sygnał. |
| Bluetooth 5.2 | 2020 | — | Kontrola zużycia energii. Większa oszczędność energii. Znaczne zwiększenie zasięgu. Wprowadzenie nowego kodeka (następcy SBC). |
Każda wersja Bluetootha jest kompatybilna wstecznie. Oznacza to że np. BT 5.0 będzie mógł połączyć się z Bluetoothem 2.1.
Przepustowość zależy również od odległości z jaką przyjdzie urządzeniom przesyłać. Wraz ze wzrostem odległości przepustowość maleje.
Co to jest EDR ?
Enhanced Data Rate (EDR) – opcjonalna technologia Bluetooth zapewniająca szybszy przesył oraz większą żywotność baterii (mniejsze zużycie energii). Nie wszystkie urządzenia obsługują EDR. Wsparcie dla EDR jest zależne również od wersji Bluetooth oraz obsługiwanych profili. Jeśli oba urządzenia wspierają EDR wówczas szybsza transmisja danych włączy się automatycznie.
Co to jest BLE ?
Bluetooth Low Energy (BLE) – opcjonalna technologia BT znacząco zmniejszająca pobór energii kosztem szybkości transmisji danych. Obsługa protokołu BLE pojawiła się dopiero od wersji 4.1 Bluetooth. Znalazła szerokie zastosowanie w urządzeniach ubieralnych – Wearables. Aby przejść w tryb niskiego poboru energii oba urządzenia muszą obsługiwać BLE. Obecnie bardzo popularne SmartBandy lub SmartWatche wymagają obsługi BLE przez Bluetooth w smartfonie, inaczej połączenie się z nimi nie jest możliwe.
Warto wspomnieć o tym że każdy nowy smartfon ma BT wystarczający aby obsługiwać urządzenia z rodzaju wearables.
Jak działa Bluetooth Low Energy?
BLE w znacznym stopniu ogranicza zużycie energii poprzez wyłączanie modułu transmisji danych kiedy nie jest nic przesyłane. W przeciwieństwie do klasycznego modułu bluetooth przesył odbywa się na zasadzie interwałów a nie stałego połączenia. Przykładowo gdy smartfon musi przesłać dane do smartbanda – wtedy opaska włącza moduł bluetooth. Analogicznie ma się sytuacja w odwrotnym kierunku. Dodatkowo BLE w znaczący sposób zmniejsza zużycie energii poprzez znaczne zmniejszenie wymaganej do działania bluetooth mocy – kosztem prędkości przesyłów oraz zasięgu.
Świetnym przykładem na ukazanie jak oszczędny jest BLE są urządzenia BT potrafiące działać przez wiele miesięcy na bateriach pastylkowych – np. czujnik, keyfinder.
Co to jest BT HS ?
High speed channel – protokół wprowadzający dodatkowy kanał radiowy bluetooth służący do przesyłu danych. Znacząco zwiększa przesyły danych. Został wprowadzony w wersji BT 3.0. Wprowadzenia kanału sprawiło że transfer wzrósł z 2,1 Mb/s na aż 24 Mb/s.
Profile Bluetooth
Profile Bluetooth służą do obsługi powierzonych zadań. Są często określane usługami lub funkcjami. Bez obsługi profili urządzenia bluetooth nie byłby wstanie działać. Wprowadzają szereg rozwiązań programistycznych.
Najbardziej popularne profile dźwiękowe to GAVDP, A2DP.
Co to jest GAVDP ?
Generic Audio/Video Distribution Profile (GAVDP) – podstawowy profil Bluetooth służący do bezprzewodowego odtwarzania muzyki oraz obrazu. Jakość dźwięku/obrazu pozostawia wiele do życzenia.
Przykład zastosowania GAVDP – odbiorniki BT bez A2DP, słuchawki BT bez A2DP.
Co to jest A2DP ?
Advanced Audio Distribution Profile (A2DP) – zaawansowany profil Bluetooth służący do bezprzewodowego odtwarzania muzyki. A2DP wprowadza obsługę kodeków dźwięku. Dźwięk odtwarzany za jego pomocą jest wysokiej jakości. Aby odtwarzać dźwięk wysokiej jakości oba połączone urządzenia BT muszą obsługiwać profil A2DP np. Smartfon oraz Słuchawki bezprzewodowe.
Przykład zastosowania: Odbiorniki bluetooth z obsługą profilu A2DP, Słuchawki bezprzewodowe.
Co to jest VDP ?
Video Distribution Profile (VDP) – profil służący definiowaniu jak ma odbywać się przekazywanie obrazu za pomocą BT.
Przykład zastosowania: streaming obrazu z kamery do monitora.
Kodeki Bluetooth
Kodek – program/oprogramowanie służące do kodowania i dekodowania danych. Sprawia że przy ograniczonym przesyle jesteśmy wstanie przesłać znacznie więcej danych ale skompresowanych. Urządzenie odbierające musi je jeszcze odkodować. Ważnym jest więc aby zarówno urządzenie nadające sygnał posiadało kodek jak i urządzenie go odbierające. W przeciwnym wypadku oba urządzenia zadziałają w trybie kodeka który oba obsługują.
Rodzaje kodeków Bluetooth:
- SBC – podstawowy kodek, dostępny we wszystkich urządzeniach służących do bezprzewodowego przesyłu dźwięku. Umożliwia przesył danych z prędkością do 320kbps.
- aptX – zaawansowany kodek, stworzony przez firmę Qualcomm. Potrafi przetwarzać pliki o rozdzielczości 16bit/48kHz w prędkości 352kbps.
- aptX HD – nowszy kodek od Qualcomma. Obsługuje ścieżki 24bit/96kHz z prędkością do 576kbps. Potrafi również przesyłać pliki muzyczne o rozdzielczości 24bit/96kHz.
- aptX Low Latency – kodek z naciskiem na synchronizację dźwięku z obrazem. Ogranicza opóźnienie związane z przesyłaniem do minimum. Opóźnienie przesłaniu dźwięku wynosi jedyne 32ms a 40ms to granica sprawnej synchronizacji.
- LHDC lub HWA – kodek firmy Savitech. Główny konkurent dla aptX HD oraz LDACA. Obsługa sygnału o rozdzielczości 24bit/96kHz przy przepływności 900kbps.
- LDAC – kodek od Sony. Obsługiwany przez Xperie oraz poprzez współpracę Sony z Google również dostępny jest w Androidzie od wersji 8. Jego specyfikacja zachwyca – 24bit/94kHz przy prędkości do 990kbps.
- LLAC – kodek spokrewniony z LDAC. Zastosowano tą samą technologię ale został zoptymalizowany pod kątem niskiego opóźnienia. Czas opóźnienia wynosi w jego przypadku tylko 30ms. Obsługa do 24bit/48kHz przy 600kbps.
- AAC – kodek od Apple. Możliwości kodeka nie są za wielkie. Jeden z dwóch kodeków obsługiwanych przez Iphony i Macbooki. Drugim obsługiwanym kodekiem jest SBC.
- LC3 – najnowszy kodek który ma być obsługiwany przez bluetooth w wersji co najmniej 5.2. Kodek ma zastąpić SBC. Dźwięk ma być wysokiej jakości. Tutaj możesz porównać dźwięk odtwarzany za pomocą kodeka LC3 vs SBC vs dźwięk bez kodowania.
Opóźnienia w przesyłaniu dźwięku.
Opóźnienia w przesyłaniu dźwięku do słuchawek są zależne nie tylko od kodeków. Ogromny wpływ na czas przesyłania dźwięku mają urządzenia nadające dźwięk. Przykładowo Gooogle pixel 3 XL przesyła dźwięk dwa razy szybciej niż Huawei Mate 20 Pro niezależnie od stosowanych kodeków.
Jak osiągnąć dźwięk wysokiej jakości za pomocą BT?
W pierwszej kolejności należy się upewnić czy odbiornik/słuchawki/głośnik którego planujemy używać obsługuje kodek wysokiej jakości następnie należy sprawdzić czy robi to również smartfon lub dongle BT podłączony do komputera.
Dźwięk odtwarzany bez pomocy zaawansowanych kodeków może pozostawiać wiele do życzenia. W szczególności jeśli dźwięk jest słuchany przez „konesera” dźwięku.
Często bywa że tańsze urządzenia BT audio obsługują jedynie podstawowy kodek SBC. Tańsze odbiorniki często również niemiłosiernie szumią.
Produkcja SmartMob.pl
Źródła: wiedza własna Autora, zewnętrzne: pierwsze, drugie, trzecie, czwarte, piąte, szóste.
Źródło zdjęć: bank.