{"id":52118,"date":"2023-03-08T12:20:03","date_gmt":"2023-03-08T11:20:03","guid":{"rendered":"https:\/\/botland.com.pl\/blog\/bluetooth-jak-to-dziala\/"},"modified":"2024-09-11T14:08:06","modified_gmt":"2024-09-11T12:08:06","slug":"bluetooth-wie-funktioniert-es","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/botland.de\/blog\/bluetooth-wie-funktioniert-es\/","title":{"rendered":"Bluetooth – Wie funktioniert es?"},"content":{"rendered":"Lesezeit<\/span> 9<\/span> min.<\/span><\/span>\t\t
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\nDie Bluetooth-Kommunikationstechnologie<\/strong> ist ein weltweiter Standard f\u00fcr die drahtlose \u00dcbertragung von Daten \u00fcber kurze Entfernungen<\/strong>. Solche Verbindungsmodule werden z. B. in Mobiltelefonen, Headsets und Freisprecheinrichtungen, Tablets, Modems, Autos, Eingabeger\u00e4ten (z. B. Maus oder Computertastatur) oder drahtlosen Lautsprechern sowie in vielen anderen Ger\u00e4ten verwendet. \n<\/p>\n

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Beispiele f\u00fcr Bluetooth-Module<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Bluetooth – was ist das?<\/h2>\n\n\n

\nEin Bluetooth-Modul<\/strong>, das man oft im Elektronikfachhandel findet, ist ein kleines Bauteil (ein integrierter Schaltkreis auf einer Leiterplatte mit den entsprechenden Anschl\u00fcssen), das als Sender und Empf\u00e4nger fungiert<\/strong>. Wenn es richtig an ein Ger\u00e4t angeschlossen ist, erm\u00f6glicht es eine Zwei-Wege-Kommunikation mit einem anderen Bluetooth-Modul<\/strong>. Es erm\u00f6glicht die \u00dcbertragung von Daten von Ger\u00e4t zu Ger\u00e4t \u00fcber kurze Entfernungen (aber ohne Kabel) in beide Richtungen. Diese Art von Ger\u00e4ten ist heute in den meisten Mobiltelefonen (Smartphones), Laptops und vielen anderen Ger\u00e4ten zu finden. Der Bluetooth-Standard wird z. B. zur \u00dcbertragung von Mediendateien von einem Telefon auf einen Computer, zur Kommunikation mit einer Freisprechanlage im Auto, mit drahtlosen Kopfh\u00f6rern oder zur Verbindung eines Computers mit einer Maus oder Tastatur verwendet. Die Bluetooth-Reichweite<\/strong> liegt in der Regel zwischen einigen Metern und ca. 100 Metern<\/strong> (in gerader Linie ohne Hindernisse f\u00fcr den Empfang des Signals). Die Reichweite kann je nach Leistung des Senders und des Empf\u00e4ngers, Hindernissen dazwischen oder anderen St\u00f6rungen variieren. In einer Wohnung oder anderen Gesch\u00e4ftsgeb\u00e4uden betr\u00e4gt die Reichweite normalerweise bis zu 10 m. Man k\u00f6nnte meinen, dass die relativ geringe Reichweite ein Nachteil dieses Kommunikationsstandards ist, aber in Wirklichkeit ist es einfach eine Eigenschaft dieser L\u00f6sung, die erfolgreich eingesetzt wird. Solche Module werden nur in Ger\u00e4ten eingesetzt, deren Bluetooth-f\u00e4hige Funktionen keine st\u00e4ndige drahtlose Verbindung \u00fcber gr\u00f6\u00dfere Entfernungen erfordern. Drahtlose Kopfh\u00f6rer zum Beispiel sollen die Verkabelung zwischen Handtasche, Hosentasche oder Rucksack und den Ohren des H\u00f6rers \u00fcberfl\u00fcssig machen. Dank der kurzen Reichweite st\u00f6ren sich die Bluetooth-Ger\u00e4te selbst in Gegenden, in denen sie in gro\u00dfer Zahl vorhanden sind, nicht gegenseitig. In Fahrzeugen, in denen die Bluetooth-Verbindung automatisch hergestellt wird, wird sie auch automatisch unterbrochen, wenn man den Innenraum verl\u00e4sst – eben wegen der geringen Reichweite. \n<\/p>\n

Was ist eine elektromagnetische Welle?<\/h2>\n\n\n

\nUm zu verstehen, wie Bluetooth funktioniert, ist es gut zu wissen, wie mehr oder weniger Funkger\u00e4te funktionieren. \n<\/p>\n

\nBluetooth ist eine Daten\u00fcbertragungstechnologie, die nach einem \u00e4hnlichen Prinzip wie das Radio funktioniert. Sie bedient sich der elektromagnetischen Strahlung<\/strong>, genauer gesagt ihrer Abwandlung, den Radiowellen<\/strong>. Die heutige Wissenschaft hat zu der Erkenntnis gef\u00fchrt, dass die elektromagnetische Wechselwirkung eine der vier grundlegenden Wechselwirkungen in der Natur ist. F\u00fcr die Bluetooth-Technologie wurden Frequenzen gew\u00e4hlt, bei denen die meisten anderen Ger\u00e4te nicht funktionieren. Elektromagnetische Wellen umgeben uns seit jeher – sie sind der Grund daf\u00fcr, dass Ger\u00e4te wie die Mikrowelle oder Mobiltelefone funktionieren, aber es sollte auch daran erinnert werden, dass z. B. Licht eine elektromagnetische Welle ist. Es ist einfach eine Welle mit einer L\u00e4nge, die f\u00fcr das menschliche Auge sichtbar ist. Sichtbares Licht ist elektromagnetische Strahlung mit Wellenl\u00e4ngen im Bereich von 4\u00d710-7 m bis etwa 7\u00d710-7 m (400 nm – 700 nm). Radiowellen sind elektromagnetische Wellen mit Wellenl\u00e4ngen von mehr als 10-4 m (0,1 mm) und Frequenzen von 3 kHz bis 3 THz. Im Falle von Bluetooth wird die Betriebsfrequenz im 2,4-GHz-Band beobachtet<\/strong>. Dieses Frequenzband war bisher nur f\u00fcr industrielle, medizinische und wissenschaftliche Anwendungen vorgesehen. Sowohl Funksender als auch Bluetooth-Sender beruhen auf einem \u00e4hnlichen Prinzip. Wenn eine Antenne mit Strom versorgt wird, beginnen sich Elektronen in ihr zu bewegen, wodurch in der N\u00e4he der Antenne ein elektromagnetisches Feld entsteht. Wird in diesem Bereich eine Antenne platziert, so bewirkt das elektromagnetische Feld, dass auch in ihr ein Strom (Signal) flie\u00dft. Durch geeignete Modulation der erzeugten Welle (\u00c4nderung der Amplitude oder Frequenz) k\u00f6nnen Informationen \u00fcbertragen werden – ein Signal mit gespeicherten Informationen. \n<\/p>\n

Wie funktioniert Bluetooth mit elektromagnetischen Wellen?<\/h2>\n\n\n

\nBluetooth-Module sind Ger\u00e4te, \u00fcber die der Benutzer Daten senden und empfangen kann. Sie fungieren sowohl als Signalempf\u00e4nger als auch als Sender.<\/strong> Sie erm\u00f6glichen eine Einwegkommunikation (wie ein Walkie-Talkie – wenn ein Ger\u00e4t sendet, kann es nicht empfangen und umgekehrt) und eine Zweiwegkommunikation (ein Ger\u00e4t kann gleichzeitig empfangen und senden – wie ein Telefongespr\u00e4ch). Bei einer einzigen Daten\u00fcbertragung nutzen die Ger\u00e4te Dutzende von Frequenzen. Wenn sie sich mit einem anderen Ger\u00e4t verbinden, bilden sie ein separates, einzigartiges Netz, das nur f\u00fcr die Bed\u00fcrfnisse der beiden Ger\u00e4te bestimmt ist. Wenn eine neue Verbindung mit weiteren Modulen am selben Ort hergestellt wird, entsteht ein zweites Netz. Solche Mini-Netze werden als so genannte Piconets<\/em><\/strong> bezeichnet. Die Ger\u00e4te machen synchrone Spr\u00fcnge zwischen den Frequenzen, wenn sie sich mit sehr hoher Geschwindigkeit verbinden. In einer Minute machen sie bis zu 100.000 Spr\u00fcnge. Informationen (z. B. Dateien) mit gro\u00dfer Kapazit\u00e4t werden aufgeteilt und dann in sehr kleinen Teilen \u00fcbertragen. Bei der \u00dcbertragung k\u00f6nnen viele Picosets (Mini-Netze) gleichzeitig in einem Gebiet arbeiten. Es besteht dann die Gefahr, dass zwei Netze gleichzeitig auf dieselbe Frequenz treffen – die Wahrscheinlichkeit, dass dies geschieht, ist sehr gering, aber wenn es wahrscheinlich w\u00e4re, w\u00fcrde nichts passieren. Die St\u00f6rung w\u00e4re so kurz, dass sie die \u00dcbertragungszeiten nicht nennenswert beeintr\u00e4chtigen k\u00f6nnte. Damit die Netze so gut wie m\u00f6glich funktionieren (ohne St\u00f6rungen), k\u00f6nnen maximal sieben andere Ger\u00e4te mit einem verbunden werden. Wenn ein Ger\u00e4t mit einem Bluetooth-Modul eingeschaltet wird, sendet es ein Signal innerhalb des zugeh\u00f6rigen Picosets. Die anderen Module, die mit dem Netz verbunden sind, nehmen das Signal sofort auf und antworten – sie m\u00fcssen nicht erst aktiviert werden. Eingebaute Freisprecheinrichtungen in neuen Autos funktionieren zum Beispiel nach diesem Prinzip. Nach dem Einsteigen und Starten des Fahrzeugs erkennt das Auto automatisch das Vorhandensein des angeschlossenen Bluetooth-Moduls in dem in die Tasche gesteckten Telefon und stellt die Verbindung her, so dass der Fahrer w\u00e4hrend der Fahrt sicher telefonieren kann. Beim Verlassen des Fahrzeugs schalten sich die Ger\u00e4te nach Verlust der Reichweite sofort ab. \n<\/p>\n

Vorteile des Bluetooth-Standards<\/h2>\n\n\n

\nDer prim\u00e4re und wahrscheinlich wichtigste Vorteil des Bluetooth-Standards ist neben der Abwesenheit von Kabeln sein geringer Stromverbrauch<\/strong>. Aus diesem Grund zeichnet er sich auch durch eine geringe Reichweite aus. Die geringe Reichweite erm\u00f6glicht es, sehr wenig Strom f\u00fcr die \u00dcbertragung zu verbrauchen. Dies wirkt sich wiederum positiv auf die Energieverbrauchskosten aus, die insbesondere f\u00fcr mobile Ger\u00e4te sehr wichtig sind. Aus diesem Grund werden Telefone \u00fcber diesen Standard mit tragbaren Lautsprechern oder Kopfh\u00f6rern verbunden. F\u00fcr beide Ger\u00e4te hat es hohe Priorit\u00e4t, so wenig Energie wie m\u00f6glich zu verbrauchen und gleichzeitig die gestellte Aufgabe mit der bestm\u00f6glichen Qualit\u00e4t zu erf\u00fcllen (wobei die \u00dcbertragungsgeschwindigkeit eines der Einflusskriterien ist). Dies ist einer der Gr\u00fcnde, warum die Bluetooth-Technologie f\u00fcr die Verbindung von kleinen Inear-Kopfh\u00f6rern (die, um f\u00fcr die Kunden attraktiv zu sein, mehrere Stunden mit einer einzigen Ladung funktionieren sollten) und einem Telefon (das gleichzeitig das Betriebssystem, den Bildschirm, die Software f\u00fcr die Musikwiedergabe, die st\u00e4ndige Verbindung zum GSM-Netz und meist auch viele im Hintergrund laufende Programme dosiert) verwendet wird. \n<\/p>\n

Bluetooth-Reichweite – bis zu wie vielen Metern funktioniert Bluetooth<\/strong>? <\/h2>\n\n\n

\nDie kurze Reichweite von Bluetooth ist das offensichtliche Merkmal, \u00fcber das Sie oben lesen k\u00f6nnen. Es ist jedoch erw\u00e4hnenswert, dass es je nach Ger\u00e4t eine von drei Klassen gibt, von denen sie abh\u00e4ngt. Die Reichweite wird durch die verwendete Leistung bestimmt – Klasse 1<\/strong> bietet eine Reichweite von bis zu 100 Metern<\/strong>, wobei 100 mW Leistung f\u00fcr die \u00dcbertragung verwendet werden. Welche Reichweite hat die Bluetooth-Klasse 2<\/strong>? Diese Version, die am h\u00e4ufigsten verwendet wird, erm\u00f6glicht die Verbindung mit Ger\u00e4ten in einer Entfernung von bis zu 10 Metern<\/strong> – in dieser Konfiguration betr\u00e4gt die zur Erzeugung des Signals erforderliche Leistung bereits 2,5 mW. Sehr selten und in Ausnahmef\u00e4llen wird die Klasse 3<\/strong> verwendet – Ger\u00e4te, die sich \u00fcber den Bluetooth-Standard verbinden, k\u00f6nnen bis zu einem Meter<\/strong> voneinander entfernt sein, der Vorteil ist dann aber nur 1 mW Leistung, die zur Erzeugung des Signals ben\u00f6tigt wird. Was aber, wenn uns solche Entfernungen nicht zusagen? Wie kann man die Reichweite von Bluetooth vergr\u00f6\u00dfern<\/strong>? Zu diesem Zweck werden spezielle Richtantennen verwendet, die dieses Problem perfekt in den Griff bekommen. \n<\/p>\n

Bluetooth-Versionen – Standards<\/strong> <\/h2>\n\n\n

\nJede Technologie, die erfolgreich und bei den Nutzern beliebt ist, wird sp\u00e4ter verbessert und aktualisiert. Dies ist in vielen F\u00e4llen zu beobachten – ein gutes Beispiel ist der USB-Computeranschluss, den wir heute in fast jedem modernen Ger\u00e4t finden. Heutzutage ist die dritte Generation dieses Standards am weitesten verbreitet. Die USB 1.0-Spezifikation erschien 1998 – der maximale Durchsatz \u00fcber eine solche Buchse wurde mit nur 1,5 MB\/s angegeben. Die heutige USB-Version 3.2 bietet bis zu 2,5 GB\/s, also etwa das 1.700-fache der Geschwindigkeit von USB 1.0. 2002 wurde der Standard IEEE 802.15.1<\/strong> offiziell verabschiedet – das ist nat\u00fcrlich Bluetooth<\/strong>. Dies war die erste Version: Bluetooth 1.0<\/strong> – die \u00dcbertragung erreichte Geschwindigkeiten von bis zu 21 kbps. Die n\u00e4chste Stufe war Bluetooth 1.2<\/strong> (\u00dcbertragung – 328 kbps), dann kam Bluetooth 2.0 + EDR<\/em><\/strong> (Enhanced Data Rate) – die \u00dcbertragungsrate stieg auf 2,1 Mbps. Die zweite Generation wurde ebenfalls verbessert – Bluetooth 2.1 + EDR<\/strong> bot den Nutzern einen einfacheren Prozess der Ger\u00e4tekopplung und vor allem ben\u00f6tigte die \u00dcbertragung weniger Energie. Bluetooth 3.0 + HS<\/strong> (High Speed) beschleunigte auf bis zu 24 Mbit\/s, die Version Bluetooth 3.1 + HS<\/strong> verdoppelte die Geschwindigkeit fast auf – 40 Mbit\/s. Bluetooth 4.0 + LE<\/strong> (Low Energy) – bietet dem Nutzer eine \u00dcbertragungsrate von 1 Mbit\/s, wodurch der Stromverbrauch deutlich gesenkt und die Reichweite auf etwa 100 m erh\u00f6ht werden konnte. Die aktualisierte Version wurde f\u00fcr die Verwendung von Bluetooth 4.1<\/strong>-Ger\u00e4ten mit Ger\u00e4ten entwickelt, die Teil des Konzepts des Internets der Dinge (IoT) sind. Es folgte Bluetooth 4.2<\/strong> (schnellere \u00dcbertragung, bessere Sicherheit und einfachere Verbindung zu Objekten). Bluetooth 5.0<\/strong> ist die heutige standardisierte Version mit einer \u00dcbertragungsrate von 2 Mbit\/s f\u00fcr Wearables und bis zu 50 Mbit\/s f\u00fcr den Rest der Ger\u00e4te. Mit Bluetooth 5.0 betr\u00e4gt die Reichweite<\/strong> im freien Raum bis zu 140 m. \n<\/p>\n

\nZusammengefasst sieht der Bluetooth-Standard<\/strong> wie folgt aus: \n<\/p>\n