Jak działa Bluetooth – zasięg, różnice

Czas czytania: 6 min.

Jak działa Bluetooth – zasięg, różnice

Zanim sparujesz smartfona z nowymi słuchawkami, warto poznać, z czym to się je! Sprawdź zatem, jak działa Bluetooth!

Bluetooth - protokół komunikacji bezprzewodowej

Niniejszy artykuł przedstawia podstawowe informacje o Bluetooth – popularnym protokole bezprzewodowej transmisji danych na krótkie odległości, który jest stosowany zarówno w urządzeniach elektroniki konsumenckiej, jak i profesjonalnej. W tekście uwzględniono parametry dla poszczególnych generacji technologii Bluetooth oraz ich klas mocy.

Czym jest Bluetooth?

Zanim przejdziemy do opisu zasady działania Bluetooth, przybliżymy zarys ogólny tej technologii. Bluetooth jest protokołem komunikacji bezprzewodowej małej mocy, który funkcjonuje na falach radiowych w zakresie częstotliwości od 2400 MHz do 2485 MHz. Bluetooth jest dziś standardowym elementem wyposażenia większości urządzeń RTV oferowanych na rynku. Komunikacja Bluetooth jest wykorzystywana też w telefonach komórkowych – aby posłuchać muzyki na słuchawkach lub zewnętrznych głośnikach, można przesłać dźwięk bezprzewodowo, bez konieczności sięgania po przewód audio z ewentualnymi przejściówkami.

Technologię Bluetooth można znaleźć w większości nowych sprzętów RTV.

Skąd się wzięła nazwa „Bluetooth”?

Na pierwszy rzut oka nazwa „Bluetooth” nie kojarzy się z elektroniką – podobnie jak nazwy popularnych minikomputerów, np. „Raspberry Pi” czy „Arduino” (notabene część modeli także wykorzystuje technologię Bluetooth). Nazwy te nie powstały jednak przypadkowo i za każdą z nich kryje się historia. Nazwa „Bluetooth” pochodzi od przydomku wieloletniego króla Danii i w późniejszym czasie również Norwegii i Skanii (współcześnie są to tereny południowej Szwecji) – Haralda Gormssona, zwanego także Haraldem Sinozębym (z języka staronorweskiego: Haraldr Blátǫnn Gormsson), który żył w latach 911–986. Przydomek króla wziął się z tego, że jeden z jego zębów był koloru sinoniebieskiego, co było efektem odniesienia ran w wyniku potyczki. Co ciekawe, przydomek ten nadano królowi Gormssonowi dopiero pośmiertnie. Król zasłynął przyjęciem chrztu przez Danię w 965 roku (dokładnie rok przed chrztem Polski) oraz pokojowym zjednoczeniem Norwegii. Na tym jednak nie koniec! Również logotyp technologii Bluetooth inspirowany jest czasami panowania króla Haralda Sinozębego – nawiązuje on do pisma staronordyjskiego, czyli run na skale. Powstał w wyniku połączenia liter haglaz (ᚼ) i berkanan (ᛒ), które nawiązują do liter alfabetu łacińskiego odpowiednio: „H” i „B”. Można zaryzykować stwierdzenie, że król Harald Sinozęby doprowadził do zjednoczenia Danii i Norwegii, a jego dziedzictwo jest kontynuowane przez wielu ludzi na świecie poprzez codzienne parowanie słuchawek ze smartfonem!

Bluetooth – pierwsza generacja (1999)

Pierwotnie Bluetooth powstał w celu zastąpienia portu szeregowego RS-232, który w komputerach PC umożliwiał podłączenie urządzeń zewnętrznych, takich jak np. modemy czy drukarki. Dalszy rozwój pierwszej wersji Bluetooth doprowadził do powstania wersji 1.2, która zawitała w konstrukcji takich urządzeń jak słuchawki bezprzewodowe, telefony komórkowe, laptopy, zestawy głośnomówiące do samochodów, a także kamery cyfrowe. Wersje 1.0a i 1.0b umożliwiały transmisję danych do ok. 732 kb/s z maksymalnym zasięgiem wynoszącym do 3 m. Natomiast w wersji 1.2 przepustowość danych wzrosła do 1 Mb/s, a skróceniu uległ czas wykrywania i parowania urządzeń wspierających tę wersję Bluetooth. Ponadto poprawiono rozpraszanie widma sygnału (co zmniejszyło wpływ interferencji fal elektromagnetycznych pochodzących z innych urządzeń w pobliżu) oraz wprowadzono technologię eSCO zwiększającą jakość transmisji dźwięku przy wykonywaniu połączeń głosowych. Niestety, jakość dźwięku pod kątem słuchania muzyki była wówczas niedostateczna – wynika to z faktu, że pierwsza generacja Bluetooth powstała głównie z myślą o wykonywaniu połączeń głosowych.

Bluetooth - druga generacja (2005)

W drugiej generacji Bluetooth został poczyniony ogromny skok jakościowy. Było to spowodowane m.in. zapotrzebowaniem rynku RTV na wprowadzenie Bluetooth jako standardu wyposażenia w różnych urządzeniach, do których wówczas doszły bezprzewodowe słuchawki stereofoniczne. Znaczącym elementem świadczącym o rozwoju technologii Bluetooth jest zwiększenie przepustowości transmisji danych do 3 Mb/s oraz zwiększenie zasięgu do 30 m. Bluetooth 2.0 został także zoptymalizowany pod kątem oszczędności energii i systemu parowania SSP. Jakość dźwięku, choć lepsza niż w przypadku poprzedniej generacji, w dalszym ciągu pozostawiała sporo do życzenia, głównie z powodu ograniczeń sprzętowych kodeku SBC.

Bluetooth - trzecia generacja (2009)

Bluetooth 3.0, również znany jako Bluetooth 3.0+HS, umożliwiał już realizację łączności Wi-Fi, a przepustowość transmisji danych została zwiększona aż do 24 Mb/s, co korzystnie przełożyło się na jakość transmisji plików dźwiękowych oraz zapewniło transmisję plików wideo o dostatecznie dobrej jakości. W tej generacji zostało także wprowadzone wsparcie dla protokołu L2CAP. Niestety, zdecydowanie za mało uwagi poświęcono oszczędności energii – urządzenia wyposażone w technologię Bluetooth 3.0+HS bardzo szybko wymagały ładowania baterii.

Bluetooth - czwarta generacja (2010)

Już rok po premierze trzeciej generacji Bluetooth nadeszła jej czwarta odsłona, znana jako Bluetooth Smart Ready oraz jako Bluetooth Low Energy (BLE). W stosunku do poprzedniej generacji konstruktorzy pochylili się nad problemem szybkiego rozładowywania się baterii w urządzeniach. Technologia Bluetooth Smart Ready pozwoliła na zwiększenie funkcjonalności w przesyłaniu danych pomiędzy takimi urządzeniami jak notebooki, tablety czy smartfony, umożliwiając nie tylko transmisję dźwięku, ale także np. komunikatów sterujących urządzeniami IoT. Polepszeniu uległa też jakość transmisji dźwięku, dzięki zastosowaniu nowego kodeka aptX, natomiast zasięg fizyczny został zwiększony do 60 m. Jednak wsparcie dla technologii Bluetooth Smart Ready jest zapewnione wtedy i tylko wtedy, gdy oba urządzenia Bluetooth mają ją zaimplementowaną.

Bluetooth - piąta generacja (2016)

Z generacji na generację coraz lepiej! Piąta odsłona Bluetooth ujrzała światło dzienne w 2016 roku. Tym razem dział badawczo-rozwojowy Bluetooth SIG położył szczególnie duży nacisk na efektywność współdziałania z aplikacjami sprzętowymi IoT. Zwiększony został również zasięg na otwartej przestrzeni – do 240 m. Konstruktorzy zaimplementowali nowy kodek LC3, dzięki któremu transmisja plików dźwiękowych o niskiej rozdzielczości bitowej nie jest okupiona pogorszeniem końcowej jakości dźwięku. W generacjach czwartej i piątej ulepszono także odporność na zakłócenia interferencyjne z sieciami LTE dzięki zastosowaniu technologii SAM. Bluetooth 5.0 umożliwia też równoległe połączenie z dwoma urządzeniami audio jednocześnie.

Bluetooth - kompatybilność wsteczna

Dobierając urządzenia wspierające łączność Bluetooth, warto zwrócić uwagę na to, dla której technologii zapewniają one wsparcie. Na przykład urządzenia wyposażone w Bluetooth 5.0 są wstecznie kompatybilne z urządzeniami Bluetooth 4.0. Oznacza to, że słuchawki wyposażone w łączność Bluetooth 4.2 mogą bezkolizyjnie współpracować z telefonem wspierającym Bluetooth 5.0. Niestety, niektóre ulepszenia zaistniałe w technologii Bluetooth 5.0 nie będą mogły współpracować z urządzeniami wyposażonymi w Bluetooth 4.2, np. funkcja Dual Audio, która została zaimplementowana dopiero w Bluetooth 5.0. Jeśli chcesz, aby urządzenia były ze sobą w pełni kompatybilne, najlepiej wybierz modele wyposażone w tę samą wersję Bluetooth.

Profile działania komunikacji Bluetooth

Profile Bluetooth to zestaw specyfikacji lub reguł, które określają, w jaki sposób urządzenie może być używane. Współczesne konstrukcje słuchawek bezprzewodowych Bluetooth są wielozadaniowe. Niektóre z nich wykonują i odbierają połączenia lub sterują odtwarzaniem muzyki. Zadania te wymagają do prawidłowego działania określonych profili Bluetooth, wśród których rozróżniamy:

  • HFP (Hands-Free Profile) – umożliwia słuchawkom wykonywanie połączeń i dostęp do funkcji telefonu, takich jak ponowne wybieranie numeru, połączenie oczekujące i wybieranie głosowe;
  • HSP (Headset Profile) – umożliwia użytkownikowi wykonywanie i odbieranie połączeń, rozłączanie i regulowanie głośności głosu za pomocą słuchawek;
  • A2DP (Advanced Audio Distribution Profile) – umożliwia użytkownikowi strumieniowe przesyłanie dźwięku z jednego urządzenia do drugiego, np. ze smartfona do zestawu słuchawkowego, ze smartfona do samochodowego zestawu stereo lub z mikrofonu do komputera;
  • AVRCP (profil zdalnego sterowania audio/wideo) – umożliwia użytkownikowi używanie słuchawek jako pilota do odtwarzania multimediów; za pomocą tego profilu możesz wstrzymywać, odtwarzać i zatrzymywać odtwarzanie muzyki, a także pomijać utwory;
  • PBAB (profil dostępu do książki telefonicznej) – umożliwia słuchawkom dostęp do kontaktów telefonicznych użytkownika w ramach funkcji powiadamiania o dzwoniącym.

Bluetooth - klasy mocy

Klasy mocy Bluetooth wskazują moc wyjściową i zasięg bezprzewodowy urządzenia Bluetooth. Im wyższa moc wyjściowa, tym wyższy zasięg. Urządzenia Bluetooth klasy 1 i 2 zazwyczaj obejmują laptopy i komputery stacjonarne, natomiast inne mniejsze urządzenia mobilne należą do klasy 3. Podział ze względu na klasy mocy Bluetooth i zasięgi jest następujący:

  • klasa 1 – moc maksymalna: 100 mW (20 dBm), maksymalny zasięg: 100 m;
  • klasa 2 – moc maksymalna: 2,5 mW (4 dBm), maksymalny zasięg: 10 m;
  • klasa 3 – moc maksymalna: 1 mW (0 dBm), maksymalny zasięg: 1 m.

Jeśli więc chcesz w pełni wykorzystać zasięg 100 m podczas słuchania muzyki, to zarówno odtwarzacz MP3, jak i słuchawki muszą być urządzeniami klasy 1. Jeśli natomiast odtwarzacz MP3 będzie pracował w klasie 1, a słuchawki w klasie 2, to maksymalny zasięg połączenia na otwartej przestrzeni będzie wynosił 10 m, z uwagi na niższą klasę mocy jednego z dwóch urządzeń – w tym przypadku słuchawek.

Bluetooth - zasada działania

Działanie Bluetooth polega na tym, że moduł radiowy wykorzystujący przeskakiwanie częstotliwości z rozproszeniem widma przesyła dane między dziesiątkami kanałów pracujących w paśmie VHF. Taka metoda komunikacji zmniejsza problemy związane z zakłóceniami i zwiększa pewność prawidłowego przesłania sygnału Bluetooth. W zależności od zastosowanego standardu Bluetooth poszczególne urządzenia mogą się między sobą różnić metodą komunikacji – ze względu na zastosowane kodeki i odpowiedni dla nich algorytm kodowania. Kodowanie przy użyciu Bluetooth obejmuje przesyłanie danych w formie pakietów. Każdy z kodeków różni się względem siebie takimi parametrami jak np. zużycie energii, przepustowość transmisji danych, jakość dźwięku czy maksymalny gwarantowany stabilny zasięg połączenia. Jedynym kodekiem, który musi być używany we wszystkich urządzeniach Bluetooth, jest SBC lub kodowanie podpasmowe. Wszystkie inne opcje, niezależnie od tego, czy są nastawione na dźwięk o wysokiej rozdzielczości, czy na jak najkrótszy czas reakcji na ruch przycisku lub joysticka w konsoli do gier, są integrowane według uznania producenta konkretnego sprzętu.

Parowanie urządzeń – jak używać Bluetooth?

Urządzenia Bluetooth wymagają sparowania ze sobą.

W większości przypadków, kiedy chcesz sparować przykładowo smartfon lub tablet z urządzeniem Bluetooth takim jak głośniki, proces ten jest realizowany ręcznie – przechodząc do ustawień w urządzeniu mobilnym, należy włączyć łączność Bluetooth. Dzięki temu smartfon jest widoczny dla innych urządzeń Bluetooth. Teraz wystarczy wybrać interesujące urządzenie i sparować je z telefonem. W przypadku przełączenia na głośniki Bluetooth zwykle wbudowany głośnik telefonu zostaje automatycznie wyłączony.

Bluetooth a Wi-Fi – różnice

Choć zarówno Bluetooth, jak i Wi-Fi do komunikacji bezprzewodowej wykorzystują fale radiowe, to te technologie bardzo się od siebie różnią. W przypadku sieci Wi-Fi mamy zwykle do czynienia z hotspotem o dużej mocy, poprzez który mogą się łączyć urządzenia zewnętrzne i przekazywać między sobą duże ilości danych. Ponadto łączność Wi-Fi zapewnia większą przepustowość danych, jest bezpieczniejsza, ma większy zasięg fizyczny i może obsłużyć większą liczbę użytkowników jednocześnie. Natomiast połączenia Bluetooth wykazują niższy pobór mocy – rzędu ułamków wata. Są wolniejsze i są używane do szybkiego, prostego, bezpośredniego parowania urządzeń zamiast aplikacji o stałej lokalizacji.

Jakie urządzenia wykorzystują Bluetooth?

Współcześnie Bluetooth to technologia, którą można spotkać w niemal każdym rodzaju urządzeń RTV, ale nie tylko. Bluetooth znajduje się w smartfonach, tabletach, komputerach PC, klawiaturach, myszach, słuchawkach, gamepadach, drukarkach, interfejsach diagnostycznych OBD do samochodów, a nawet w elektrycznych szczoteczkach do zębów – legenda staronordyjskiego króla wiecznie żywa!

Jak oceniasz ten wpis blogowy?

Kliknij gwiazdkę, aby go ocenić!

Średnia ocena: 4.3 / 5. Liczba głosów: 18

Jak dotąd brak głosów! Bądź pierwszą osobą, która oceni ten wpis.

Podziel się:

Picture of Sandra Marcinkowska

Sandra Marcinkowska

Żywiołowa i zwariowana – tak opisaliby ją chyba wszyscy, z którymi miała kontakt. Bomba energetyczna, która pomaga w każdy „gorszy dzień”. Nie ma czasu na narzekanie, bierze życie pełnymi garściami. Interesuje się wszystkim co praktyczne i ułatwiające życie. Kocha gadżety.

Zobacz więcej:

Patrycja Genczelewska

Nowości #72

Witamy w kolejnym artykule z cyklu nowości w sklepie Botland! Ostatni miesiąc przyniósł wiele inspirujących produktów, które mogą wesprzeć Wasze projekty lub po prostu rozbudzić pasję do elektroniki. Jeśli szukacie nowych inspiracji, zapraszamy do lektury!

2 Responses

  1. Nie napisano nic nt. czy telefon z bluetooth starszej generacji np. 4.2 będzie współpracował ze słuchawkami bluetooth nowszej generacji np. 5.1.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Ze względów bezpieczeństwa wymagane jest korzystanie z usługi Google reCAPTCHA, która podlega Polityce prywatności i Warunkom użytkowania.