Hur fungerar Bluetooth egentligen?

Ända sedan Bluetooth släpptes officiellt 1999 har det blivit en oumbärlig del av vardagen. Nuförtiden kan du hitta en version av Bluetooth i smartphones, smartklockor, trådlösa högtalare och bärbara prylar.

Men trots dess popularitet vet många fortfarande inte hur Bluetooth fungerar. Så från signalfrekvens och bakgrundsstörningar till codecs, räckvidd och utveckling, här är hur Bluetooth faktiskt fungerar.

Vad är Bluetooth?

Innan du går in på det stökiga hur Bluetooth-teknik fungerar och hur nya versioner är starkare och bättre än de tidigare, är det viktigt att förstå vad Bluetooth är.

Bluetooth är en radioöverföringsteknik med kort räckvidd och låg effekt. Den består av icke-joniserande elektromagnetiska vågor i radioområdet mellan 2,402 GHz och 2,48 GHz. Varelse i den nedre änden av räckvidden gör att Bluetooth är energisnålt jämfört med annan radioöverföring enheter. Det är därför det är lätt att implementera i små prylar och smartphones utan att oroa dig för mycket om batteritiden.

Bluetooth kan färdas runt öppna ytor och genom vissa barriärer utan ett fysiskt medium. Hur långt en viss Bluetooth-signal kan färdas beror främst på dess styrka och om den finns är barriärer tillräckligt tjocka eller tillverkade av material som förvränger och försämrar signalen bortom erkännande.

Hur fungerar Bluetooth?

Bluetooth-signalen som din telefon skickar till ditt headset föregås först av programvara. Dina data – bilder, ljud och så vidare – kan inte skickas som de är via Bluetooth. Den går först igenom en komprimeringsalgoritm som kallas en codec som omvandlar data till individuella paket.

Codecs, som aptX, AAC, SBC och LDAC, måste matcha mellan sändar- och mottagarenheterna. Annorlunda codecs är optimala för olika datatyper, och de påverkar faktorer som strömförbrukning, överföringshastighet, datakvalitet och anslutningsräckvidd.

Det finns 79 angivna Bluetooth-kanaler, och alla anslutna enheter måste ställas in på samma frekvenskanal med en bandbredd på 1 megahertz (MHz). I den meningen liknar Bluetooth-kanalerna Wi-Fi-kanaler du hittar på din router.

När två Bluetooth-drivna enheter är i närheten kan de ansluta och kommunicera med hjälp av små datorchips inbäddade i dem. Detta är den hårdvara som ansvarar för att sända ut och ta emot Bluetooth-radiovågor.

Signalintervall och Bluetooth-klasser

I allmänhet gäller att ju lägre frekvens, desto längre räckvidd. Men lågfrekventa signaler bär betydligt mindre data än sina högfrekventa motsvarigheter. Bluetooth är strömberoende.

Om du är villig att ägna tillräckligt med energi kan du sända en högfrekvent, datarik Bluetooth-signal för en längre sträcka. Faktum är att hitta balansen mellan strömförbrukning, kvalitet och räckvidd är hur en ny version av Bluetooth uppstår.

• Klass 1 Bluetooth sänder med 100 milliwatt (mW) över 328 fot
• Klass 2 Bluetooth sänder med 2,5 mW över 33 fot
• Klass 3 Bluetooth sänder en signal på bara 1mW med en räckvidd mindre än 30 fot.

Som referens är de senaste Bluetooth-hörlurarna, -headseten och -telefonerna Klass 2 Bluetooth, medan vissa är Klass 3. När det gäller Class 1 Bluetooth kräver dess långa räckviddskapacitet mycket energi som vanligtvis kräver en extern strömkälla, inte bara ett bärbart batteri. Du kan hitta Klass 1 Bluetooth-enheter i industriella implementeringar som IoT-enheter och applikationer i en fabrik eller monteringslinje.

Bakgrundsstörningar

Du kanske har märkt att att gå nerför en hög fottrafikgata eller ta ett livligt tunnelbanetåg resulterar i statisk elektricitet i dina trådlösa hörlurar. Detta beror på de 79 angivna Bluetooth-kanalerna ovan.

Om du är i skolan, biblioteket eller på kontoret med dig och alla som använder Bluetooth-enheter med en räckvidd på cirka 33 fot, då räcker det vanligtvis med 79 kanaler. Men när dussintals enheter tävlar om ett begränsat utrymme börjar signalerna störa.

Även om du inte kommer att kunna komma åt någon annans Bluetooth-signal (även om du ställer in din enhet på samma kanal, är Bluetooth krypterad), kommer den fortfarande att kollidera med din signal och försämra den. Sårbarhet är en annan orsak varför Bluetooth endast används för kortdistanskommunikation. Det är lättare att kontrollera en miljö på 30 till 100 fot istället för långa avstånd in i milen.

Andra faktorer som stör Bluetooth-signaler inkluderar:

• Fysiska barriärer: Metall, gips, betong och till och med fukt har störst effekt på Bluetooth-kvaliteten, med material som trä, glas och plast längst ner på listan.
• Mottagarens känslighet: Avstånd försämrar signalen. Om mottagaren inte är tillräckligt känslig kanske den inte kan ta emot och avkoda den ordentligt.
• Överföringseffekt: Ju svagare signalens baskraft är, desto svagare blir den över avstånd och genom barriärer.

Bluetooth-versioner

Bluetooth-tekniken vi använder nu är inte samma som fanns i början av 2000-talet. Även om det fortfarande följer samma principer, kan nyare Bluetooth-versioner göra mer för mindre. Tre saker förändras med Bluetooth-utveckling: strömförbrukning, räckvidd och dataöverföringshastighet (vilket påverkar ljudfördröjning).

Bluetooth 1.0 var energikrävande men hade bara en räckvidd på 33 fot och en maxhastighet på 1 Mbps. Även om Bluetooth 2.0 kunde överföra data med 3 Mbps, går det inte att jämföra med prestandasprånget för Bluetooth 3.0 med 24 Mbps. Men att använda 802.11 Protocol Adaption Layer tar mycket energi ur Bluetooth 3.0-enheter.

Men Bluetooth 1.0 till 3.0 är mycket svårare att hitta i kommersiella enheter nuförtiden. De har ersatts av Bluetooth 4.0 och Bluetooth 5.0. Båda standarderna fungerar som Bluetooth Low Energy, med en räckvidd på 800 fot och en hastighet som inte sjunker under 2 Mbps.

Varför du behöver lära dig hur Bluetooth fungerar

Bluetooth är i nivå med Wi-Fi, GPS och mobiltornsteknik. Den används i nästan alla moderna enheter, och du behöver en grundläggande nivå av underskattning för att arbeta med den.

Genom att känna till skillnaden mellan Bluetooth-versioner och de olika överföringskodekarna kan du välja enheter som bär de specifikationer du behöver. Det finns till exempel inget behov av en kraftkrävande Bluetooth med lång räckvidd i ett trådlöst tangentbord, men dessa funktioner är mycket viktigare med trådlösa hörlurar som du ska flytta runt med.

Hur fungerar Bluetooth? Använder den min dataplan?

Bluetooth ansluter dina enheter, men använder den din Wi-Fi eller mobildata?

Läs Nästa

Om författaren