Spis treści:
- 1 Bluetooth - drahtloses Kommunikationsprotokoll
- 2 Was ist Bluetooth?
- 3 Woher kommt der Name "Bluetooth"?
- 4 Bluetooth - erste Generation (1999)
- 5 Bluetooth - zweite Generation (2005)
- 6 Bluetooth - dritte Generation (2009)
- 7 Bluetooth - vierte Generation (2010)
- 8 Bluetooth - fünfte Generation (2016)
- 9 Bluetooth - Abwärtskompatibilität
- 10 Profile für die Bluetooth-Kommunikation
- 11 Bluetooth - Leistungsklassen
- 12 Bluetooth - Funktionsprinzip
- 13 Geräte koppeln - wie verwendet man Bluetooth?
- 14 Bluetooth und Wi-Fi - Unterschiede
- 15 Welche Geräte verwenden Bluetooth?
Bevor wir unser Smartphone mit unseren neuen Kopfhörern koppeln… Es lohnt sich, zu wissen, wie das funktioniert!
Bluetooth - drahtloses Kommunikationsprotokoll
Dieser Artikel enthält grundlegende Informationen über Bluetooth, ein beliebtes Protokoll für die drahtlose Datenübertragung über kurze Entfernungen, das sowohl in Geräten der Unterhaltungselektronik als auch in professionellen Geräten eingesetzt wird. Es werden Parameter für die verschiedenen Generationen der Bluetooth-Technologie und ihre Leistungsklassen genannt.
Was ist Bluetooth?
Bevor wir zur Beschreibung des Prinzips von Bluetooth übergehen, sollten wir uns einen allgemeinen Überblick über diese Technologie verschaffen. Bluetooth ist ein drahtloses Kommunikationsprotokoll mit geringem Stromverbrauch, das auf Funkwellen im Frequenzbereich von 2400 MHz bis 2485 MHz arbeitet. Heute ist Bluetooth ein Standardmerkmal der meisten auf dem Markt befindlichen Geräte der Unterhaltungselektronik. Besonders beliebt ist die Verwendung der Bluetooth-Kommunikation in Mobiltelefonen, wo wir, wenn wir Musik über Kopfhörer oder externe Lautsprecher hören wollen, den Ton drahtlos übertragen können, ohne nach einem Audiokabel mit möglichen Adaptern greifen zu müssen.
Woher kommt der Name "Bluetooth"?
Auf den ersten Blick assoziiert man den Namen “Bluetooth” nicht direkt und ohne Kontextwissen mit Elektronik – ebenso wenig wie die Namen beliebter Minicomputer, z. B. “Raspberry Pi” oder “Arduino” (deren Modelle übrigens teilweise auch Bluetooth-Technologie nutzen). Diese Namen sind jedoch nicht zufällig entstanden, und hinter jedem von ihnen steht eine mehr oder weniger weit zurückreichende Geschichte – das gilt auch für den Namen “Bluetooth”. Der Name stammt vom Spitznamen des langjährigen Königs von Dänemark und später auch von Norwegen, Harald Gormsson, auch bekannt als Harald der Blauzahn (altnordisch: Haraldr Blátǫnnn Gormsson), der von 911 bis 986 lebte. Der Spitzname des Königs rührte daher, dass einer seiner Zähne blau war, das Ergebnis von Wunden, die er sich bei einem kinetischen Gefecht zugezogen hatte. Interessanterweise wurde dieser Spitzname König Gormsson erst nach seinem Tod verliehen. Dieser König wurde berühmt, weil er 965 (genau ein Jahr vor der Taufe Polens) die Taufe Dänemarks und die friedliche Einigung Norwegens akzeptierte. Aber das ist noch nicht alles! Auch das für die Bluetooth-Technologie reservierte Logo hat seine Wurzeln in der Regierungszeit von König Harald Bluetooth. Während eines Normungstreffens im Jahr 1996, an dem Vertreter der Bluetooth SIG, von Intel, Ericsson und Nokia teilnahmen, überlegten sie noch, wie sie das neue drahtlose Kommunikationssystem nennen sollten. Einer der Namen, den die Autoren der neuen Technologie vorschlugen, war RadioWave. Jim Kardach, ein ehemaliger Direktor von Intel, schlug jedoch nur den Namen Bluetooth vor. Darüber hinaus bezieht sich sogar das Bluetooth-Logo auf die altnordische Schrift, d. h. auf Runen auf einer Waage. Dieser Schriftzug entstand durch die Kombination der Buchstaben haglaz (ᚼ) und berkanan (ᛒ), die jeweils auf die Buchstaben des lateinischen Alphabets verweisen: ,,H” und ,,B”. Es zeigt sich also, dass historische Ereignisse, die vor fast elf Jahrhunderten in Nordeuropa stattfanden, Trends bei der Benennung neuer Technologien gesetzt haben. Man könnte sagen, dass König Harald Bluetooth zur Einigung Dänemarks und Norwegens geführt hat, und sein Erbe wird von vielen Menschen auf der Welt weitergeführt, die jeden Tag Kopfhörer mit einem Smartphone verbinden
Bluetooth - erste Generation (1999)
Ursprünglich wurde Bluetooth entwickelt, um den seriellen RS-232-Port zu ersetzen, über die bei PCs externe Geräte wie Modems und Drucker angeschlossen werden konnten. Die Weiterentwicklung der ersten Bluetooth-Version führte zur Version 1.2, die in die Entwicklung von Geräten wie drahtlosen Kopfhörern, Mobiltelefonen, Laptops, Freisprechanlagen für Autos und Digitalkameras einfloss. Die Versionen 1.0a und 1.0b ermöglichten eine Datenübertragung mit einer maximalen Geschwindigkeit von bis zu 732 kbit/s und einer maximalen Reichweite von bis zu 3 m. Mit der Version 1.2 hingegen wurde der Datendurchsatz auf 1 Mb/s erhöht, die Erkennungs- und Kopplungszeiten für Geräte, die diese Version von Bluetooth unterstützen, wurden verkürzt, und zur Verbesserung der Übertragungsqualität wurde die Spreizung des Signalspektrums verbessert (wodurch die Auswirkungen von Störungen durch elektromagnetische Wellen anderer Geräte in der Nähe verringert wurden) und die eSCO-Technologie eingeführt, um die Qualität der Audioübertragung bei Sprachanrufen zu verbessern. Leider war die Klangqualität beim Musikhören damals unzureichend, was daran lag, dass die erste Generation von Bluetooth in erster Linie für Sprachanrufe entwickelt wurde.
Bluetooth - zweite Generation (2005)
Bereits mit der zweiten Generation von Bluetooth begann sich zu zeigen, dass ein enormer Qualitätssprung in dieser Technologie gemacht wurde. Dies lag unter anderem an der verstärkten Nachfrage auf dem Markt für Unterhaltungselektronik nach der Einführung von Bluetooth als Ausstattungsstandard in verschiedenen Geräten, zu denen dann auch drahtlose Stereo-Kopfhörer gehörten. Die bedeutendste Entwicklung der Bluetooth-Technologie, die sich in der zweiten Generation des Standards manifestiert, ist die Erhöhung der Datenübertragungsrate auf 3Mbps und die Erhöhung der Reichweite auf 30m. Bluetooth 2.0 wurde auch im Hinblick auf die Energieeinsparung und das SSP-Kopplungssystem optimiert. Die Tonqualität ist zwar besser als bei der vorherigen Generation, lässt aber immer noch zu wünschen übrig, was vor allem an den Hardwarebeschränkungen des SBC-Codecs liegt.
Bluetooth - dritte Generation (2009)
Die dritte Generation der Bluetooth-Technologie kam zu einem Zeitpunkt veröffentlicht, als diese Technologie bereits seit zehn Jahren auf dem Markt war. Bluetooth 3.0, auch bekannt als Bluetooth 3.0+HS, ermöglichte bereits WiFi-Konnektivität und die Datenrate wurde auf bis zu 24 Mbps erhöht, was der Übertragungsqualität von Audiodateien zugute kam und auch die Übertragung von Videodateien in damals ausreichend guter Qualität ermöglichte. Auch die Unterstützung des L2CAP-Protokolls wurde eingeführt. Leider wurde dem Stromsparen nur wenig Aufmerksamkeit gewidmet, so dass die mit der Bluetooth 3.0+HS-Technologie ausgestatteten Geräte sehr schnell ein häufiges Aufladen der Batterien erforderten.
Bluetooth - vierte Generation (2010)
Nur ein Jahr nach der dritten Generation von Bluetooth kam die vierte Generation, bekannt als Bluetooth Smart Ready und Bluetooth Low Energy (BLE). Im Vergleich zur vorherigen Generation haben sich die Entwickler Mühe gegeben, das Problem des schnellen Batterieverbrauchs bei Bluetooth-Geräten zu lösen. Die Bluetooth Smart Ready Technologie ermöglichte eine erweiterte Funktionalität bei der Datenübertragung zwischen Geräten wie Notebooks, Tablets und Smartphones, die nicht nur die Übertragung von Audiosignalen, sondern z. B. auch von Steuermeldungen für IoT-Geräte erlaubt. Auch die Qualität der Audioübertragung wurde dank des neuen aptX-Codecs verbessert, während die physische Reichweite auf 60 m erhöht wurde. Allerdings wird die Bluetooth Smart Ready Technologie nur dann unterstützt, wenn beide Bluetooth-Geräte sie implementiert haben.
Bluetooth - fünfte Generation (2016)
Von Generation zu Generation besser und besser! Die fünfte Version von Bluetooth erblickte 2016 das Licht der Welt. Diesmal legte die Forschungs- und Entwicklungsabteilung der Bluetooth SIG einen besonders starken Schwerpunkt auf die Effizienz der Interaktion mit IoT-Hardwareanwendungen. Auch die Reichweite im freien Raum, d.h. bis zu 240m, wurde deutlich erhöht. Außerdem haben die Entwickler den neuen LC3-Codec implementiert, der dafür sorgt, dass die Übertragung von Audiodateien mit niedriger Bitauflösung nicht zu Lasten der endgültigen Klangqualität geht. Die Widerstandsfähigkeit gegenüber Störungen aus LTE-Netzen wurde in der vierten und fünften Generation dank der SAM-Technologie ebenfalls verbessert. Bluetooth 5.0 ermöglicht außerdem die parallele Verbindung mit zwei Audiogeräten gleichzeitig.
Bluetooth - Abwärtskompatibilität
Wenn Sie Bluetooth-fähige Geräte miteinander koppeln, sollten Sie darauf achten, welche Technologie sie unterstützen. So sind Geräte, die mit Bluetooth 5.0 ausgestattet sind, mit Bluetooth 4.0-Geräten abwärtskompatibel, d. h., dass z. B. ein Kopfhörer mit Bluetooth 4.2 problemlos mit einem Telefon zusammenarbeiten kann, das Bluetooth 5.0 unterstützt. Leider funktionieren einige der Verbesserungen von Bluetooth 5.0 nicht mit Geräten, die mit Bluetooth 4.2 ausgestattet sind, z. B. die Dual-Audio-Funktion, die nur in Bluetooth 5.0 implementiert wurde. Wenn Sie möchten, dass Ihre Geräte vollständig miteinander kompatibel sind, wählen Sie am besten Geräte, die mit der gleichen Bluetooth-Version ausgestattet sind.
Profile für die Bluetooth-Kommunikation
Profile für die Bluetooth-Kommunikation
Bluetooth-Profile sind eine Reihe von Spezifikationen oder Regeln, die festlegen, wie ein Gerät verwendet werden kann. Die heutigen kabellosen Bluetooth-Kopfhörer sind Multitasking-Geräte. Einige von ihnen tätigen und empfangen Anrufe oder steuern die Musikwiedergabe. Diese Aufgaben erfordern ein bestimmtes Bluetooth-Profil, um ordnungsgemäß zu funktionieren, zwischen denen unterscheiden wir:
- HFP (Hands-Free Profile): Ermöglicht es Kopfhörern, Anrufe zu tätigen und auf Telefonfunktionen wie Wahlwiederholung, Anklopfen und Sprachlautstärke zuzugreifen.
- HSP (Headset-Profil): Ermöglicht es dem Benutzer, über das Headset Anrufe zu tätigen und entgegenzunehmen, die Verbindung zu trennen und die Sprachlautstärke einzustellen.
- A2DP (Advanced Audio Distribution Profile): Ermöglicht dem Benutzer das Streamen von Audiodaten von einem Gerät zum anderen. Einige Beispiele sind Smartphone zu Headset, Smartphone zu Autoradio oder Mikrofon zu Computer.
- AVRCP (Audio/Video Remote Control Profile): Ermöglicht es dem Benutzer, das Headset als Fernbedienung für die Medienwiedergabe zu verwenden. Mit diesem Profil können Sie die Musikwiedergabe pausieren, abspielen und stoppen sowie die Titel überspringen.
- PBAB (Telefonbuchzugriffsprofil): Ermöglicht den Kopfhörern den Zugriff auf die Telefonkontakte des Benutzers als Teil der Anruferbenachrichtigungsfunktion.
Bluetooth - Leistungsklassen
Bluetooth-Leistungsklassen geben die Ausgangsleistung und die Funkreichweite eines Bluetooth-Geräts an. Je höher die Ausgangsleistung, desto höher die Reichweite. Zu den Bluetooth-Geräten der Klassen 1 und 2 gehören in der Regel Laptops und Desktop-Computer. Andere kleinere mobile Geräte hingegen gehören zur Klasse 3. Die Aufschlüsselung nach Bluetooth-Leistungsklassen und -Reichweiten ist wie folgt:
- Klasse 1 – Maximale Leistung: 100 mW (20 dBm), maximale Reichweite: 100 m
- Klasse 2 – Maximale Leistung: 2,5 mW (4 dBm), maximale Reichweite: 10m
- Klasse 3 – Maximale Leistung: 1 mW (0 dBm), maximale Reichweite: 1m
Wenn wir die Leistungsklasse unseres Bluetooth-Geräts kennen, können wir auch seine Reichweite bestimmen. Wenn wir also die Reichweite von 100 m beim Musikhören voll ausschöpfen wollen, müssen sowohl der MP3-Player als auch die Kopfhörer Geräte der Klasse 1 sein. Wenn hingegen der MP3-Player der Klasse 1 und die Kopfhörer der Klasse 2 angehören, beträgt die maximale Reichweite der Verbindung in einem offenen Bereich 10 m, da eines der beiden Geräte – in diesem Fall die Kopfhörer – eine geringere Leistungsklasse haben.
Bluetooth - Funktionsprinzip
Das Prinzip von Bluetooth besteht darin, dass ein Funkmodul im Frequenzsprungverfahren mit Spektrumsspreizung Daten zwischen Dutzenden von Kanälen im VHF-Band überträgt. Diese Art der Kommunikation verringert Interferenzprobleme und erhöht die Zuverlässigkeit der korrekten Übertragung des Bluetooth-Signals. Je nach verwendetem Bluetooth-Standard unterscheiden sich die einzelnen Geräte in ihrer Kommunikationsmethode aufgrund der verwendeten Codecs und ihres jeweiligen Kodierungsalgorithmus. Bei der Bluetooth-Kodierung werden die Daten in Form von Paketen übertragen. Die einzelnen Codecs unterscheiden sich voneinander in Parametern wie z.B. Stromverbrauch, Datendurchsatz, Tonqualität oder maximale garantierte stabile Verbindungsreichweite. Der einzige Codec, der in allen Bluetooth-Geräten verwendet werden muss, ist SBC oder auch Sub-Band-Codierung. Alle anderen Optionen, ob sie nun auf hochauflösendes Audio oder eine möglichst kurze Reaktionszeit auf die Bewegung einer Taste oder eines Joysticks an einer Spielkonsole ausgerichtet sind, werden nach dem Ermessen des Herstellers der jeweiligen Hardware integriert.
Geräte koppeln - wie verwendet man Bluetooth?
Wenn wir zum Beispiel ein Smartphone oder Tablet mit einem Bluetooth-Gerät wie einem Lautsprecher koppeln wollen, geschieht dies in den meisten Fällen manuell, indem wir in den Einstellungen des Mobilgeräts die Bluetooth-Verbindung aktivieren. Dadurch wird das Smartphone für andere Bluetooth-Geräte sichtbar. Jetzt müssen wir nur noch das gewünschte Gerät auswählen und es mit unserem Telefon koppeln. Beim Wechsel zu Bluetooth-Lautsprechern wird normalerweise der eingebaute Lautsprecher des Telefons automatisch ausgeschaltet.
Bluetooth und Wi-Fi - Unterschiede
Trotz dessen, dass Bluetooth als auch WiFi Funkwellen für die drahtlose Kommunikation nutzen, haben diese Technologien viel gemeinsam. Im Falle von WiFi handelt es sich in der Regel um einen leistungsstarken Hotspot, über den externe drahtlose Geräte eine Verbindung herstellen und große Datenmengen untereinander übertragen können. Internet und untereinander schnell große Datenmengen übertragen können. Darüber hinaus bietet die WiFi-Verbindung einen höheren Datendurchsatz, ist sicherer, hat eine größere Reichweite und kann mehr Benutzer gleichzeitig unterstützen. Bluetooth-Verbindungen hingegen verbrauchen weniger Strom, d. h. sie liegen in der Größenordnung von Bruchteilen eines Watts. Sie sind langsamer und werden eher für schnelle, einfache, direkte Kopplung zwischen zwei Geräten als für ortsfeste Anwendungen verwendet.
Welche Geräte verwenden Bluetooth?
Heutzutage ist Bluetooth eine Technologie, die in fast allen Geräten der Unterhaltungselektronik zu finden ist, aber nicht nur. Bluetooth findet sich in Smartphones, Tablets, PCs, Tastaturen, Mäusen, Kopfhörern, Gamepads, Druckern, OBD-Diagnoseschnittstellen für Autos und sogar in elektrischen Zahnbürsten – die Legende des altnordischen Königs lebt weiter!
