Bluetooth thực sự hoạt động như thế nào?

Kể từ khi Bluetooth được chính thức phát hành lần đầu tiên vào năm 1999, nó đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày. Ngày nay, bạn có thể tìm thấy phiên bản Bluetooth trên điện thoại thông minh, đồng hồ thông minh, loa không dây và các thiết bị di động.

Nhưng bất chấp sự phổ biến của nó, nhiều người vẫn không biết Bluetooth hoạt động như thế nào. Vì vậy, từ tần số tín hiệu và nhiễu nền đến codec, phạm vi và sự phát triển, đây là cách Bluetooth thực sự hoạt động.

Bluetooth là gì?

Trước khi tìm hiểu kỹ về cách hoạt động của công nghệ Bluetooth cũng như cách các phiên bản mới mạnh hơn và tốt hơn những phiên bản trước như thế nào, điều quan trọng là phải hiểu Bluetooth là gì.

Bluetooth là công nghệ truyền dẫn vô tuyến công suất thấp, tầm ngắn. Nó bao gồm các sóng điện từ không ion hóa trong dải tần vô tuyến từ 2,402 GHz đến 2,48 GHz. Nằm ở cuối phạm vi thấp hơn cho phép Bluetooth tiêu tốn ít năng lượng hơn so với các thiết bị truyền dẫn vô tuyến khác. Đó là lý do tại sao nó dễ dàng triển khai thành các thiết bị và điện thoại thông minh kích thước nhỏ mà không cần lo lắng quá nhiều về thời lượng pin.

Bluetooth có thể di chuyển xung quanh không gian mở và qua một số rào cản mà không cần phương tiện vật lý. Một tín hiệu Bluetooth cụ thể có thể truyền đi bao xa phụ thuộc chủ yếu vào cường độ của nó và liệu có các rào cản đủ dày hoặc được làm từ vật liệu làm biến dạng và suy giảm tín hiệu không thể nhận dạng được hay không.

Bluetooth hoạt động như thế nào?

Tín hiệu Bluetooth mà điện thoại của bạn gửi đến tai nghe của bạn trước tiên là phần mềm. Dữ liệu của bạn — hình ảnh, âm thanh, v.v. — không thể được gửi như qua Bluetooth. Đầu tiên, nó thông qua một thuật toán nén được gọi là codec để biến dữ liệu thành các gói riêng lẻ.

Các bộ giải mã, như aptX, AAC, SBC và LDAC, cần phải khớp giữa thiết bị phát và thiết bị nhận. Các codec khác nhau là tối ưu cho các loại dữ liệu khác nhau và chúng ảnh hưởng đến các yếu tố như sử dụng năng lượng, tốc độ truyền, chất lượng dữ liệu và phạm vi kết nối.

Có 79 kênh Bluetooth được chỉ định và tất cả các thiết bị được kết nối cần được hòa hợp với cùng một kênh tần số với băng thông 1 megahertz (MHz). Theo nghĩa đó, các kênh Bluetooth tương tự như các kênh Wi-Fi mà bạn sẽ tìm thấy trên bộ định tuyến của mình.

Khi hai thiết bị hỗ trợ Bluetooth ở gần nhau, chúng có thể kết nối và giao tiếp bằng cách sử dụng các chip máy tính nhỏ được nhúng bên trong chúng. Đây là phần cứng chịu trách nhiệm phát và nhận sóng vô tuyến Bluetooth.

Phạm vi tín hiệu và các lớp Bluetooth

Nói chung, tần số càng thấp, phạm vi càng dài. Nhưng tín hiệu tần số thấp mang ít dữ liệu hơn đáng kể so với các tín hiệu tần số cao. Bluetooth phụ thuộc vào nguồn điện.

Nếu bạn sẵn sàng dành đủ năng lượng, bạn có thể truyền tín hiệu Bluetooth giàu dữ liệu, tần số cao trong khoảng cách xa hơn. Trên thực tế, việc tìm kiếm sự cân bằng giữa mức tiêu thụ điện năng, chất lượng và phạm vi là cách một phiên bản Bluetooth mới xuất hiện.

• Bluetooth Class 1 truyền ở 100 miliwatts (mW) trên 328 feet

• Bluetooth Class 2 truyền ở tốc độ 2,5 mW trên 33 feet

• Bluetooth Class 3 truyền tín hiệu ở mức chỉ 1mW với phạm vi dưới 30 feet.

Để tham khảo, tai nghe Bluetooth, tai nghe và điện thoại gần đây nhất là Bluetooth loại 2, trong khi một số là loại 3. Đối với Bluetooth loại 1, khả năng phạm vi xa của nó đòi hỏi rất nhiều năng lượng, thường yêu cầu nguồn điện bên ngoài, không chỉ là thiết bị di động pin. Bạn có thể tìm thấy các thiết bị Bluetooth Loại 1 trong các triển khai công nghiệp như thiết bị IoT và các ứng dụng trong nhà máy hoặc dây chuyền lắp ráp.

Nhiễu nền

Bạn có thể nhận thấy rằng việc đi bộ xuống một con phố có lượng người qua lại cao hoặc đi trên một chuyến tàu điện ngầm đông đúc sẽ khiến tai nghe không dây của bạn bị tĩnh. Điều này là do 79 kênh Bluetooth được chỉ định nói trên.

Nếu bạn đang ở trường học, thư viện hoặc tại văn phòng cùng với bạn và mọi người sử dụng thiết bị Bluetooth có phạm vi khoảng 33 feet, thì 79 kênh thường là đủ. Nhưng khi hàng chục thiết bị tranh giành một không gian hạn chế, các tín hiệu bắt đầu gây nhiễu.

Mặc dù bạn sẽ không thể truy cập tín hiệu Bluetooth của người khác (ngay cả khi bạn kết nối thiết bị của mình với cùng một kênh, Bluetooth được mã hóa), nhưng tín hiệu này sẽ vẫn va chạm với tín hiệu của bạn và làm suy giảm tín hiệu. Lỗ hổng bảo mật là một lý do khác khiến Bluetooth chỉ được sử dụng để liên lạc trong phạm vi ngắn. Kiểm soát môi trường từ 30 đến 100 feet thay vì khoảng cách xa hàng dặm sẽ dễ dàng hơn.

Các yếu tố khác gây nhiễu tín hiệu Bluetooth bao gồm:

• Rào cản vật lý: Kim loại, thạch cao, bê tông và thậm chí cả độ ẩm có ảnh hưởng nhiều nhất đến chất lượng Bluetooth, với các vật liệu như gỗ, thủy tinh và nhựa ở cuối danh sách.
• Độ nhạy máy thu: Khoảng cách làm suy giảm tín hiệu. Nếu bộ thu không đủ nhạy, nó có thể không nhận và giải mã đúng cách.
• Công suất truyền tải: Công suất cơ bản của tín hiệu càng yếu thì tín hiệu càng yếu khi di chuyển qua khoảng cách và qua các rào cản.

Phiên bản Bluetooth

Công nghệ Bluetooth mà chúng ta sử dụng bây giờ không giống với công nghệ vào đầu những năm 2000. Mặc dù nó vẫn tuân theo các nguyên tắc tương tự, nhưng các phiên bản Bluetooth mới hơn có thể làm được nhiều hơn với chi phí thấp hơn. Ba điều thay đổi với sự phát triển của Bluetooth: mức tiêu thụ điện năng, phạm vi và tốc độ truyền dữ liệu (ảnh hưởng đến độ trễ âm thanh).

Bluetooth 1.0 tốn nhiều điện năng nhưng chỉ có phạm vi 33 feet và tốc độ tối đa 1Mbps. Mặc dù Bluetooth 2.0 có thể truyền dữ liệu với tốc độ 3Mbps, nhưng nó không thể so sánh với bước nhảy vọt về hiệu suất của Bluetooth 3.0 với 24Mbps. Nhưng việc sử dụng Lớp thích ứng giao thức 802.11 tiêu tốn rất nhiều năng lượng của các thiết bị Bluetooth 3.0.

Tuy nhiên, ngày nay, Bluetooth 1.0 đến 3.0 khó tìm thấy hơn nhiều trong các thiết bị thương mại. Chúng đã được thay thế bằng Bluetooth 4.0 và Bluetooth 5.0. Cả hai tiêu chuẩn đều hoạt động như Bluetooth Low Energy, với phạm vi 800 feet và tốc độ không giảm xuống dưới 2Mbps.

Tại sao bạn cần tìm hiểu cách hoạt động của Bluetooth

Bluetooth ngang bằng với các công nghệ Wi-Fi, GPS và tháp di động. Nó được sử dụng trong hầu hết mọi thiết bị hiện đại và bạn cần có trình độ cơ bản để làm việc với nó.

Biết được sự khác biệt giữa các phiên bản Bluetooth và các codec truyền tải khác nhau cho phép bạn chọn thiết bị mang các thông số kỹ thuật bạn cần. Ví dụ: không cần phải có Bluetooth tầm xa, tốn nhiều điện năng trong bàn phím không dây, nhưng những tính năng đó quan trọng hơn nhiều với tai nghe không dây mà bạn sắp sử dụng.

Đọc tiếp

Thông tin về các Tác giả