Какой лучший аудиокодек Bluetooth: LDAC, aptX, AAC и т. п.?

Проводные наушники можно сделать блютуз гаджетом, или беспроводные HeadSet подключить к компьютеру или другому аудиоустройству, не имеющему встроенного Bluetooth. В каждом из этих случаев могут помочь специальные блютуз адаптеры для наушников.

Каких производителей выбирать

Стоимость блютуз адаптеров невелика. Поэтому при выборе гаджета учитывают следующие факторы:

• устройство, с которым будет работать адаптер;
• поддерживаемая версия Bluetooth (V 5.0 отличается стабильностью);
• класс блютуз (первый — означает, что на открытом пространстве адаптер обеспечит радиус покрытия до 100 м).

При выборе адаптера для наушников важно, какие кодеки он поддерживает. Для меломанов подойдёт aptX HD, обеспечивающий качество звучания, а вот для геймеров и любителей смотреть кино — аудиокодек aptX Low Latency с минимальным отставанием звука от видео.

Однако, даже выбрав блютуз адаптер с лучшими показателями, посмотрите на производителя. Некоторые китайские фирмы-однодневки могут выпускать блютуз адаптер с характеристиками, несоответствующими указанным в сопроводительных документах, а иногда — брак.

Лучшие по качеству и надёжности блютуз адаптеры выпускают фирмы: TP-LINK, Baseus, ASUS, Buro, Xiaomi и другие.

Адаптеры для ПК с USB 2.0

Большинство Bluetooth адаптеров разрабатывались для подключения к персональному компьютеру, поэтому интерфейсом подключения у них служит разъём USB 2.0, 2.1 или 3.0.

TP-LINK UB400

Фирма TP-LINK выпустила этот миниатюрный адаптер в солидной упаковке. На картонной коробке сразу указана четвёртая версия блютуз, а графическими символами показаны устройства, которые можно подключать к адаптеру:

• смартфон;
• планшет;
• электронную книгу;
• беспроводную мышь, клавиатуру или геймпад;
• блютуз наушники и колонки;
• блютуз принтер.

В комплектацию bluetooth адаптера не входит установочный диск, так как адаптер может работать без драйверов с Windows 8/8.1/10.

Как установить драйвера для седьмой версии и XP подробно рассказано в инструкции. Радиус действия гаджета не превышает 10 м, но зато он может поддерживать связь сразу с семи наушниками (устройствами).

Страна производитель	Китай
Универсальная последовательная шина	USB 2.0
Версия блютуз	V 4.0
Радиус беспроводной связи	10 м
Длина	1,89 см
Ширина	1,48 см
Толщина	0,68 см

Достоинства UB400

• Быстрое подключение.
• Устойчивая передача сигнала.
• Компактный размер.
• Использование качественных материалов.
• Цена.

Недостатки UB400

• Не совместим с Linux и macOS.

Baseus USB Bluetooth 4.0

Передатчик отличается маленькими размерами, однако задняя часть корпуса имеет выступы, за которые адаптер легко вынимается из порта USB наушников. Модель выпускается в двух цветах: чёрном и белом.

Версия блютуз 4.0 обеспечивает уверенный приём сигнала на расстоянии до 10 м.

Полезным будет для геймеров, так как встроенный производительный чипсет CSR отличается нулевой задержкой между аудио- и видеосигналом. Baseus USB Bluetooth 4.0 поддерживает не только все версии Windows, но и Linux.

Страна производитель	Китай
Универсальная последовательная шина	USB 3.0
Версия блютуз	V 4.0
Радиус беспроводной связи	10 м
Длина	2,2 см
Ширина	1,6 см
Толщина	0,6 см

Плюсы Baseus USB

• Миниатюрные габариты.
• Надёжность в эксплуатации.
• Поддержка Linux.
• Цена.

Минусы Baseus USB

• Для поддержки Windows 7 и XP приходится самостоятельно устанавливать драйвера.

ASUS USB-BT400

Задняя часть корпуса имеет выступающую окантовку по периметру, а по бокам расположены по три ребра для надёжного захвата пальцами.

Выпускается передатчик в картонной упаковке чёрного цвета, на которой указана версия блютуз 4.0, а также то, что передатчик совместим с USB 2.0/2.1/3.0. Соединение происходит со всеми блютуз устройствами на расстоянии до 10 м.

В комплектацию адаптера входит установочный диск с драйверами, хотя он может настраиваться автоматически с Windows 8/8.1/10.

Страна производитель	Китай
Универсальная последовательная шина	USB 2.0
Версия блютуз	V 4.0
Радиус беспроводной связи	10 м
Длина	1,9 см
Ширина	1,6 см
Толщина	0,8 см

Достоинства ASUS

• Дизайн.
• Соединение.
• Устойчивая работа в пределах одной комнаты.
• Надёжность.

Недостатки ASUS

• Цена.

Buro BU-BT40A

Компания Buro выпустила беспроводной адаптер BU-BT40A в ярко оформленном полипропиленовом блистере. В красном окошке указан класс — 1.5, означающий, что при той же версии Bluetooth 4.0 радиус действия передатчика увеличился до 20 м.

Размеры адаптера малы, поэтому из порта USB он выступает на 8 мм, а скруглённая задняя часть не позволяет его случайно повредить.

В комплекте идёт мини CD диск.

Страна-производитель	Китай
Универсальная последовательная шина	USB 2.0
Версия блютуз	V 4.0
Радиус беспроводной связи	20 м
Длина	2,5 см
Ширина	2 см
Толщина	0.8 см

Плюсы Buro

• Маленькие размеры.
• Работа с наушниками в радиусе до 20 м.
• Цена.

Минусы Buro

• Не совместим с Linux и macOS.

ORICO BTA-408

Металлическая часть закрывается колпачком, а в задней части корпуса имеется отверстие, позволяющее переносить блютуз адаптер как брелок.

Выпускается беспроводной адаптер в шести цветовых вариантах:

• белый;
• жёлтый;
• розовый;
• красный;
• синий;
• чёрный.

Благодаря чипсету BCM20702 к передатчику можно одновременно подключать до семи устройств и наушников, которые будут уверенно сопрягаться на расстоянии до 20 м.

В комплекте с адаптером идёт диск мини CD с программным обеспечением.

Страна производитель	Китай
Универсальная последовательная шина	USB 2.0
Версия блютуз	V 4.0
Радиус беспроводной связи	20 м
Длина	3,5 см
Ширина	1,9 см
Толщина	0,65 см

Достоинства ORICO

• Компактность.
• Подключение до семи устройств, наушников.
• Качественная передача звука.
• Цена.

Недостатки ORICO

• Отсутствует совместимость с macOS и Linux.

Vention CDDB0

Адаптер для компьютера имеет своеобразный дизайн с большой проушиной в задней части корпуса, что позволяет носить её вместе со связкой ключей.

Поддержка беспроводным гаджетом технологии Plug and Play позволяет сопрягаться с компьютером или ноутбуком без дополнительного ПО. Передатчик собран на чипсете Qualcomm CSR 8510A10 и обеспечивает стабильную связь на расстоянии до 10 м.

Адаптер поддерживает кодек aptX, что обеспечивает передачу звука в наушники.

Страна-производитель	Китай
USB 2.0
Версия блютуз	V 4.0
Радиус беспроводной связи	10 м
Длина	3,7 см
Ширина	1,6 см
Толщина	0,8 см

Плюсы Vention

• Поддержка технологии Plug and Play.
• Позолоченные контакты.
• Качество передачи звука.

Минусы Vention

• Цена.

HAMA H-53188

Адаптер, выпущенный HAMA, позволяет не вынимать его из порта USB при транспортировке наушников.

С Windows 8.0, 8.1 и 10, а также с Linyx передатчик коннектится автоматически. Для совмещения же с версиями Windows XP, Vista и Windows 7, диск CD с нужными драйверами.

Версия блютуз у H-53188 — 4.0, а вот класс первый, что позволяет гаджету поддерживать связь на расстоянии до 100 м. А какже, хоть на это и не указывала компания, в адаптере стоит чип CSR, а значит есть поддержка кодека aptX.

Страна-производитель	Китай
Универсальная последовательная шина	USB 2.0
Версия блютуз	V 4.0
Радиус беспроводной связи	До 100 м
Длина	1,9 см
Ширина	1,2 см
Толщина	0,5 см

Достоинства H-53188

• Компактность с наушниками.
• Поддержка Linyx.
• Устойчивая связь на большом расстоянии.

Недостатки H-53188

• Не коннектится с macOS.

Ресиверы с разъёмом 3,5 мм minijack

Блютуз устройства предназначены для работы с аудиоаппаратурой, наушниками, поэтому для подсоединения используются разъёмные соединения типа TRS, состоящие из штекера (plug) и гнезда (jack) на 3,5 мм.

Xiaomi Mi Bluetooth Audio Receiver

Этот ресивер bluetooth для наушников будет удобен для:

1. Подключения проводных наушников к блютуз устройству, воспроизводящему звук.
2. Соединения беспроводных наушников с аппаратурой без модуля Bluetooth, но имеющей аудиовыход.
3. Вывода звука с наушников, имеющим блютуз модуль на проводную акустику.

Для двух последних случаев в комплект входит короткий кабель с двумя штекерами 3,5 мм.

Гаджет белого цвета выполнен в форме удлинённого прямоугольного параллелепипеда со скруглёнными боковыми гранями. На торцах расположены гнездо 3,5 мм и порт micro-USB. На длинных противоположных гранях — многофункциональная кнопка и прищепка.

Качество звучания обеспечивается поддержкой стандартов: HFP, HSP, AVRCP, A2DP. За автономную работу в течение пяти часов отвечает встроенный аккумулятор ёмкостью 97mAh. Время полной зарядки АКБ — 2 часа.

Страна производитель	Китай
Тип разъёма для зарядки	Micro USB
Версия блютуз	V 4.2
Радиус беспроводной связи	10 м
Длина	5,9 см
Ширина	1,35 см
Толщина	1,3 см

Плюсы Xiaomi

• Дизайн.
• Автономность.
• Работа с двумя источниками сигнала.
• Звук.

Минусы Xiaomi

• Цена.

Twelve South AirFly AUX Pro

AirFly Pro является лучшей моделью в линейке ресиверов Twelve South к наушникам. С его помощью можно:

• подключить беспроводные наушники к мультимедийной системе в самолёте или тренажёрном зале, а также к контроллеру Sony Playstation;
• прослушивать музыкальные композиции со смартфона на автомагнитоле, не оснащённой блютуз модулем, но имеющей гнездо AUX.

При этом слушать музыку или смотреть кино можно вдвоём. В комплекте с bluetooth приемником идёт зарядный шнур и матерчатый чехольчик.

Подключение к другим устройствам производится с помощью короткого шнура с разъёмом 3,5 мм, выходящего с трансивера.

На другом торце расположен порт USB Type-C для зарядки. На лицевой панели находится многофункциональная клавиша, а на правой боковой грани;

• кнопка переключения режимов «приёмник/передатчик»;
• кнопка сброса.

Об аккумуляторе, установленном в беспроводной адаптере нет сведений, время автономной работы составляет 16 часов. А также стоит обратить внимание, что прослушивание аудиофайлов возможно во время зарядки АКБ.

Страна производитель	Китай
Тип разъёма для зарядки	USB Type-C
Версия блютуз	V 4.1
Радиус беспроводной связи	10 м
Длина	5,7 см
Ширина	2,55 см
Толщина	1,1 см

Достоинства Twelve

• Дизайн.
• Сборка.
• Подключение к мультимедийным общественным системам.
• Прослушивание аудио на двух парах наушников.

Недостатки Twelve

• Для подключения к проводным наушникам потребуется переходник.
• Цена.

Ugreen CM107

Внешним видом приемник для наушников мало чем отличается от других — это прямоугольный параллелепипед на одном торце которого находится разъём для подключения зарядного кабеля USB-A/microUSB (идёт в комплекте), а из другого торца выходит шнур длиной 40 см, заканчивающийся штекером 3,5 мм.

Трансмиттер удобен для просмотра телевизора вдвоём, а также прослушивания аудиофайлов из наушников без модуля блютуз. Качество звука обеспечивается поддержкой адаптером кодека aptX.

В адаптере нет встроенного аккумулятора, поэтому для работы он должен быть подключён либо к порту USB на самом аудиоустройстве, наушниках, либо к сетевому адаптеру с постоянным напряжением — 5 В.

Страна производитель	Китай
Тип разъёма для питания	Micro USB
Версия блютуз	V 5.0
Радиус беспроводной связи	10 м
Длина	6,8 см
Ширина	1,2 см
Толщина	1,2 см

Плюсы Ugrreen

• Звук.
• Подключение двух устройств.

Минусы Ugrreen

• Отсутствие встроенного аккумулятора.

Выводы

Выпускаемые беспроводные bt адаптеры отличаются по типу подключения, по характеристикам. Если с адаптерами, подключаемым по USB, разобраться несложно, то выбор между ресивером, трансмиттером или трансивером сложный.

Поэтому, прежде чем приобретать устройство:

• В первую очередь необходимо определить, для каких целей оно будет использоваться.
• Во вторую — сумма.
• И в третью — выбрать компанию-производителя, которая известна на рынке.

Читайте далее:

Лучшие блютуз колонки Xiaomi

Лучшие беспроводные наушники Xiaomi

Беспроводные блютуз наушники для ПК

Лучшие беспроводные блютуз колонки

Беспроводные блютуз наушники P47 Wireless

Лучшие блютуз гарнитуры для телефона

Лучшие беспроводные наушники на Aliexpress

Подключение беспроводных Bluetooth наушников к телевизору

Обзор беспроводные блютуз наушников TWS i8X

С ростом количества сетевых беспроводных устройств (охранные и пожарные сигнализации, телемедицина, мониторинг окружающей среды и множество других) появляются новые и совершенствуются старые стандарты и протоколы беспроводной связи. Разные компании и DIY-разработчики используют для своих устройств и сетей разные стандарты передачи данных, например ZigBee, Z-Wave, Bluetooth 4, Wi-Fi, 6LoWPAN, Thread, ANT или собственные проприетарные протоколы. Не так давно вышла новая спецификация стандарта радиосвязи для обмена данными по воздуху Bluetooth 5. В этой статье я на примере программирования новейшего микроконтроллера покажу преимущества нового стандарта.

На правах любящего логику «программиста с паяльником» 🙂 начну статью с плана.

1. Обзор стандарта. Преимущества пятой версии в сравнении с четвертой.
2. Выбор железа. Приемник, передатчик.
3. Описание отладочной платы и микроконтроллера. В этой части я расскажу о параметрах выбранного микроконтроллера и отладочной платы.
4. Начало работы с SDK (software development kit) под выбранный микроконтроллер. Здесь описывается, как начать разрабатывать простые радиоприложения под Bluetooth Low Energy четвертой версии на нашей отладочной плате. Чтобы мы привыкли к новому набору инструментов и на конкретном примере научились общаться по Bluetooth c Android-телефоном.
5. Тест нового стандарта Bluetooth 5. В этой части мы сделаем две прошивки для двух отладочных плат и рассмотрим новые режимы радиопередачи по Bluetooth 5.

Обзор стандарта Bluetooth 5

Что мы знаем о новом стандарте? Мы знаем, что он обратно совместим с четвертыми версиями спецификации BLE (Bluetooth Low Energy, Bluetooth Smart), то есть с версиями 4.0, 4.1, 4.2, и позволяет новым устройствам с Bluetooth 5 общаться со старыми девайсами (разумеется, новые фичи будут недоступны). В четвертых версиях BLE, в полном соответствии с названием, позволял проектировать устройства с гораздо меньшим потреблением, чем Bluetooth Classic. Но все остальное, кроме энергопотребления, было не очень — я про скорость, объем передаваемых данных в одном пакете и дальность. Все эти свойства улучшает Bluetooth 5.

Более подробно можно узнать на официальном сайте Bluetooth 5, а мы сейчас кратко остановимся на главных преимуществах пятой версии.

WWW

Все новые Bluetooth-спецификации публикуются здесь.

Высокая пропускная способность данных

Вместе с усовершенствованиями, введенными в Bluetooth 4.2, которые позволяли увеличить объем данных в одном пакете, и еще большим увеличением возможного объема данных в пакете в Bluetooth 5 (DLE) общая пропускная способность стала впятеро выше, чем исходный уровень Bluetooth 4.0!

Теперь чистая пропускная способность данных без учета накладных расходов, таких как адресация, может достигать 1,4 Мбит/c. Зачем нужна такая высокая скорость? Согласен, дурацкий вопрос, даже не знаю, зачем я его придумал. 🙂 Пользователей-аудиофилов это порадует скоростью передачи качественной музыки, а для нас, гиков, открывает возможность гораздо быстрее обновлять прошивку устройства «по воздуху» (OTA-DFU). Всего же благодаря изменениям, внесенным в физический (PHY) слой для работы Bluetooth-радио, стали доступны четыре скорости:

• 2 Мбит/с;
• 1 Мбит/с;
• 500 Кбит/с;
• 125 Кбит/с.

Уверен, что с первыми двумя скоростями тебе уже все ясно, но вот вопрос: зачем при таком богатстве нужны две «нижние передачи»?

А дело в том, что при низких скоростях и связанной с ними LE закодированной обработке с использованием прямой коррекции ошибок (FEC) становится легче отказаться от повторной передачи данных в окружающем шуме. Короче говоря, чувствительность улучшается. И не надо при высоком уровне шума повторно запрашивать пакеты данных (маленький квадрокоптер может улететь дальше от пульта управления).

Увеличение пропускной способности вещания

Для снижения загрузки вещательного (advertisment, рекламного :)) канала и решения проблемы перегрузки каналов предлагаются вещательные расширения (они же «рекламные расширения»).

Расширение длины данных и новый PHY-уровень означают, что длина пакетов увеличивается с точки зрения фактических данных и времени, в течение которого они занимают канал. Поскольку существуют только три рекламных канала, эти каналы вскоре могут перегружаться вещательными пакетами с большими объемами данных при более низких скоростях передачи в эфире, таких как 125 Кбит/с.

Рекламные расширения смягчают эту потенциальную проблему.

Улучшенное сосуществование с улучшенным чередованием каналов

Bluetooth 5 также предоставил усовершенствованный алгоритм секвенирования каналов (CSA # 2) для улучшения псевдослучайного последовательного переключения каналов. CSA # 2 повысит производительность сосуществования разрешенных устройств при наличии вокруг Wi-Fi и других Bluetooth-устройств. Все SoCs серии nRF52 имеют возможность поддерживать CSA # 2.

BLE Mesh — пока только 4.0

Выбор железа

На момент написания этой статьи пятую версию протокола поддерживали смартфоны Samsung и Sony и в свободной продаже было довольно мало BLE5-совместимых устройств.

Поэтому, чтобы оценить все возможности Bluetooth 5, я решил взять две отладочные платы с микроконтроллером nRF52840 компании Nordic Semiconductor. Почему именно их? Просто Nordic Semiconductor давно славится своими разработками именно в области Bluetooth-микросхем. Кроме того, их разработки традиционно отличаются вменяемой ценой и богатой документацией. Чипы серии nRF52 и конкретно nRF52840 представляют собой систему на кристалле (SoC, System on a Chip) и, согласно документации, мультипротокольны — могут работать со стандартами Bluetooth 5, Bluetooth Low Energy, ANT, 802.15.4, 2.4GHz RF. Поддерживают они и NFC.

INFO

Все многопротокольные SoCs серии nRF52 поддерживают перечисленные фичи. Кроме того, nRF52840 имеет улучшенную выходную мощность, что вместе с новыми функциями Long Range (увеличение расстояния вещания) переполняет сердце разработчика безотчетной радостью. 🙂

NRF52840 — это усовершенствованный многопроцессорный SoC, идеально подходящий для сверхмалых беспроводных приложений. Имеет полную аппаратную поддержку Bluetooth 5 (включая увеличенную дальность вещания). Софт nRF52840 крутится на 32-битном процессоре ARM Cortex-M4F (64 МГц достаточно каждому (с) почти Билл Гейтс) с 1 Мбайт флеш-памяти и 256 Кбайт ОЗУ на чипе. Поддерживает инструкции DSP (цифровая обработка сигнала), вычисления с плавающей точкой (FPU).

Поддерживает несколько протоколов, включая Bluetooth с низким энергопотреблением, ANT (кто-нибудь использовал этот протокол? :)), 802.15.4 и 2.4GHz.

NRF52840 SoC использует управление питанием, чтобы максимизировать энергоэффективность приложений и время автономной работы. Запитать чип можно от напряжения постоянного тока в диапазоне от 1,7 до 5,5 В.

EasyDMA, как и все DMA (прямой доступ к памяти), позволяет разгрузить ЦП нашего микроконтроллера, например чтобы передавать потоки данных из АЦП в UART без участия ядра.

В SoC есть также мощный криптографический сопроцессор на кристалле (ARM Cryptocell-310), обеспечивающий криптографические функции и услуги для ускорения операций, экономии времени обработки процессором данных и сокращения потребления энергии. Он включает в себя настоящий генератор случайных чисел (TRNG) и поддерживает широкий спектр асимметричных, симметричных и хеширующих криптографических сервисов. NFC также поддерживается в чипе.

NRF52840 имеет встроенную поддержку USB 2.0 (full speed) и встроенное регулирование питания, позволяющее напрямую подключаться к USB-хостам для передачи данных.

Чип совместим с существующими сериями nRF52, nRF51 и nRF24 Series от Nordic Semiconductor.

SoftDevice

Отладочная плата

Отладочную плату на основе этого микроконтроллера я выбрал под стать чипу, вот она: nRF52840 Preview DK Development Kit for nRF52840. Между прочим, к ней прилагается NFC-антенка!

NRF52840 PDK — это универсальный комплект для разработки плат для Bluetooth 5, Bluetooth с низким энергопотреблением, ANT, 802.15.4 и 2.4GHz с использованием nRF52840 SoC. Этот комплект поддерживает разработку для SoC nRF52840.

Набор аппаратно совместим с Arduino Uno Revision 3, позволяет использовать сторонние шилды, совместимые с этим стандартом. Антенна NFC может быть подключена к набору, чтобы активировать функциональность тега NFC. Комплект обеспечивает доступ ко всем входам и выходам через интерфейсы и имеет четыре светодиода и четыре кнопки, которые программируются пользователем.

Он поддерживает стандартную цепочку инструментов разработки Nordic Software Development с использованием Keil, IAR и GCC. Опции программы / отладки в комплекте — это Segger J-Link OB.

Кроме всего прочего, на основе младшего чипа серии nRF52832 уже существуют платы для платформы Arduino, например Arduino Primo. Почему это хорошо? Да потому, что это избавляет тебя от кодинга на С.

Продолжение доступно только участникам

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», позволит скачивать выпуски в PDF, отключит рекламу на сайте и увеличит личную накопительную скидку! Подробнее

Вариант 2. Открой один материал

Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя! Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.

Я уже участник «Xakep.ru»← Ранее Сергей Лебедь. Интервью с руководителем службы кибербезопасности СбербанкаДалее → Опубликованы детали уязвимости в AMD Secure Processor

Среди многих других приложений Bluetooth встроен в автомобили, так что пользователи могут воспроизводить свою любимую музыку со смартфона на автомобильной стереосистеме. Новая область безопасности «умного дома» использует Bluetooth, чтобы позволить людям выполнять такие задачи, как запирание и отпирание входной двери с помощью телефона. Bluetooth также можно использовать для отправки файлов между планшетом и компьютером, отправки уведомлений с фитнес-трекера на компьютер или телефон и многое другое. На рисунке ниже изображены два распространенных устройства с поддержкой Bluetooth, смартфон и ноутбук.

Все эти различные приложения подпадают под общий термин «Bluetooth», но, что удивительно, не все из них используют одни и те же беспроводные протоколы. Некоторые используют Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE), в то время как другие используют базовую скорость Bluetooth / повышенную скорость передачи данных (Bluetooth BR / EDR). Более новые приложения даже могут использовать Bluetooth 5.

Большинство людей не знают ни о разнице между Bluetooth BR / EDR и BLE, ни о том, какой из них лучше всего подходит для их конкретных приложений. С появлением Bluetooth 5 все стало более запутанным, что еще больше стирает грань между этими протоколами. Цель этой статьи — объяснить, чем BLE отличается от Bluetooth BR / EDR и как Bluetooth 5 обещает улучшить оба протокола. Это также поможет вам определить версию, наиболее подходящую для вашего приложения.

История

Чтобы лучше понять, чем отличаются Bluetooth с базовой скоростью передачи данных (BR) / повышенную скорость передачи данных (EDR) и BLE, важно изучить историю этих беспроводных технологий. Каждый из них был разработан Специальной группой по интересам Bluetooth (Bluetooth SIG), которая управляет всеми протоколами Bluetooth. По мере разработки Bluetooth SIG выпускает новую спецификацию для внесения улучшений. Временная шкала на рисунке ниже показывает спецификации Bluetooth, которые были выпущены и где Bluetooth BR, Bluetooth EDR, BLE и Bluetooth 5 соответствуют этим спецификациям.

Bluetooth с базовой / повышенной скоростью передачи данных (BR/EDR)

Bluetooth BR был первым разработанным протоколом Bluetooth. В нем реализован уникальный метод использования гауссовой частотно-сдвиговой манипуляции (GFSK) для обмена данными в диапазоне ISM 2,4 ГГц. Эта полоса была выбрана потому, что, в отличие от большинства полос частот, для работы в ней не требуется лицензия, поэтому связь полностью бесплатна. Bluetooth BR быстро завоевал популярность, поскольку он предоставил недорогой и маломощный способ отправки и получения данных по беспроводной сети на короткие расстояния со скоростью передачи данных до 0,7 Мбит / с.

Несколько лет спустя была выпущена новая спецификация Bluetooth 2.0, которая включала опцию Bluetooth EDR. Bluetooth EDR позволяет передавать данные в два-три раза быстрее, чем предыдущая версия. Это стало возможным потому, что он использует дифференциальную квадратурную фазовую манипуляцию (QDPSK) и дифференциальную 8-уровневую фазовую манипуляцию (8DPSK) вместе с GFSK. GFSK передает один бит на символ, тогда как QDPSK передает два бита на символ, а 8DPSK передает три бита на символ.

BLE

Когда BLE был впервые разработан, на самом деле это был даже не Bluetooth! Он был разработан Nokia как беспроводная технология под названием Wibree. Данный стандарт был разработан так, чтобы потреблять очень мало энергии (а также быть очень дешевым и простым в настройке), что делает его идеальным решением для устройств, работающих от батарей небольшой емкости.

Wibree включает в себя множество методов, аналогичных Bluetooth BR / EDR, включая работу в диапазоне ISM 2,4 ГГц, модуляцию GFSK, схему канала и скачкообразную перестройку частоты. Параллели между ними привели к тому, что Bluetooth SIG принял Wibree в свою спецификацию. Он был выпущен как новый беспроводной стандарт потребляющий мало энергии для работы под названием Bluetooth Low Energy (BLE). BLE впервые появился в спецификации Bluetooth 4.0.

Bluetooth 4.0 не «уничтожил» полностью стандарты Bluetooth BR / EDR, но вместо этого предлагал BLE в дополнение к Bluetooth BR / EDR. Потребительские устройства с BLE часто назывались Bluetooth Smart, а Bluetooth BR / EDR — Bluetooth Classic; однако эти термины больше не используются для дифференциации каждого протокола. В соответствии с этой спецификацией радиостанции могут быть разработаны для работы в качестве радиомодуля BD / EDR только Bluetooth, радиомодуля BLE или спаренного радиомодуля, который поддерживает Bluetooth BR / EDR и BLE.

Bluetooth 5.0

Bluetooth SIG делает все возможное, чтобы вносить улучшения, соответствующие эволюции технологий, и одним из ключевых достижений, которые, по-видимому, движут электроникой, является Интернет вещей (IoT). BLE сыграл большую роль в развитии IoT, но Bluetooth SIG хотел еще больше расширить возможности Bluetooth в приложениях IoT. Новые достижения в оригинальной технологии BLE были выпущены в Bluetooth 5.0, который называется Bluetooth 5.

Bluetooth BR/EDR vs. BLE

Давайте сравним сходства и различия только между Bluetooth BR / EDR и BLE. Хорошее место для начала —  физический уровень (PHY) протоколов. PHY содержит схему, используемую для модуляции и демодуляции аналоговых сигналов и преобразования их в цифровые символы. Различия на физическом уровне — это один из факторов, который делает каждый протокол ориентированным на конкретные приложения. Четыре области PHY, где BR / EDR и BLE различаются, — это схема канала, энергопотребление, задержка и пропускная способность.

Схема канала

И Bluetooth BR / EDR, и BLE обмениваются данными в диапазоне ISM 2,4 ГГц, но различаются по количеству каналов, в которых они делят диапазон частот. Bluetooth BR / EDR делит полосу на 79 каналов, разнесенных на 1 МГц. BLE использует более простой передатчик и приемник, поэтому он разделяет полосу на 40 каналов, разнесенных на 2 МГц.

Одна вещь, с которой должны работать Bluetooth BR / EDR и BLE, независимо от количества используемых каналов, это помехи. Диапазон ISM 2,4 ГГц полон передатчиков, использующих все преимущества нелицензионного диапазона. Чтобы минимизировать помехи, как Bluetooth BR / EDR, так и BLE используют скачкообразную перестройку частоты, когда радиостанция работает на одном канале в течение короткого периода времени, прежде чем перейти на другой канал для продолжения связи.

BLE также добавляет еще один элемент в свою схему канала. BLE резервирует три канала для передатчика BLE, чтобы «заявить», что он доступен для подключения. Частота этих трех рекламных каналов была стратегически выбрана таким образом, чтобы они не мешали трем наиболее часто используемым каналам Wi-Fi, также работающим в диапазоне ISM 2,4 ГГц. После установления соединения радиостанции продолжат свою связь на одном из 37 других каналов. На рисунке ниже изображена схема канала для BLE и показано, где три рекламных канала расположены в полосе частот.

Мощность

Минимизация потребления энергии является ключевым отличием между Bluetooth BR / EDR и BLE, о чем свидетельствует тот факт, что BLE имеет «низкое энергопотребление» в своем названии! Bluetooth BR / EDR использует максимальную выходную мощность 100 мВт для передачи данных примерно до 10-100 м. Это было хорошо в те дни, когда большинство устройств можно было часто заряжать. Однако, поскольку спрос на продукты, которые могут работать от батареи в течение нескольких месяцев или лет без подзарядки, увеличивается, такой уровень выходной мощности будет слишком большим, поскольку это приведет к быстрому разряду батареи.

BLE предлагает идеальное решение. Он уменьшает энергию, включая передатчик и приемник только тогда, когда они необходимы для отправки или получения данных, с максимальной выходной мощностью всего 10 мВт для передачи в одном и том же диапазоне. BLE также отправляет данные короткими пакетами. Когда пакеты не отправляются, радиоприемник бездействует, потребляя мало энергии. Этот процесс помогает BLE соответствовать своему названию.

Задержка

BLE предлагает гораздо меньшую задержку. BLE будет готов отправлять данные уже через 3 мс. Кроме того, задержка с момента получения данных на передатчике до момента их доступности на приемнике составляет всего 6 мс. Это позволяет отправлять данные гораздо быстрее и экономит электроэнергию.

Пропускная способность

В этот момент вам может быть интересно, почему кто-то выбрал бы Bluetooth BR / EDR вместо BLE. Хорошо, где BLE отстает от Bluetooth BR / EDR в пропускной способности. И Bluetooth BR / EDR, и BLE используют GFSK, поэтому теоретически максимальный предел пропускной способности составляет 1 Мбит / с. Однако такие факторы, как издержки протокола, ограничения радиосвязи и искусственные программные ограничения, ограничивают фактическую пропускную способность.

На практике Bluetooth BR может достигать пропускной способности до 0,7 Мбит / с, в то время как Bluetooth EDR может достигать пропускной способности 2,1 Мбит / с. Этой пропускной способности достаточно для приложений, таких как потоковое аудио. Поскольку BLE отправляет данные короткими пакетами для экономии энергии, его пропускная способность сталкивается с дополнительными ограничениями. Максимальная пропускная способность может достигать только 0,27 Мбит / с. Хотя этой пропускной способности недостаточно для потоковой передачи звука, более чем достаточно для отправки данных датчика, которые не нужно постоянно передавать.

Из этих четырех разделов становится ясно, что различия на физическом уровне для каждого из этих протоколов вызывают много различий в рабочих параметрах. В таблице ниже приведены основные параметры между Bluetooth BR / EDR и BLE.

BLE 5.0

Bluetooth 5 использует оригинальную технологию BLE с низким энергопотреблением, но включает некоторые новые улучшения. Одним из самых больших улучшений является нововведения на физическом уровне, которые можно выбрать для улучшения максимальной дальности или пропускной способности. Bluetooth 5 также добавляет улучшения, которые улучшают публикацию объявлений в сети.

Первый физический слой (PHY), который предлагает Bluetooth 5, называется LE 1M. Это тот же PHY используется для BLE в спецификации Bluetooth 4.2, поэтому большинство его параметров будут соответствовать параметрам, показанным в таблице 1. LE 1M является единственным физическим слоем, который является обязательным в Bluetooth 5. Другие два PHY являются дополнительными.

Bluetooth 5 интегрирует закодированный физический уровень как один из дополнительных физических слоев, который может расширить диапазон связи. Кодированный PHY достигает большей дальности, вводя избыточность для получения некоторого выигрыша в обработке вместо увеличения мощности передатчика.

Bluetooth 5 вводит дополнительные избыточные биты, которые используются для определения правильного значения бита. Кодированный физический слой существует в двух вариантах: S = 2 и S = 8. S = 2 отправляет два символа на бит, что уменьшает пропускную способность в два раза, но теоретически удваивает диапазон. S = 8 отправляет восемь символов на бит. Хотя это снижает пропускную способность до 125 кбит / с, но примерно в четыре раза увеличивает диапазон. На практике фактический диапазон будет немного ниже теоретических значений, но этот метод все же помогает достичь гораздо большего диапазона.

Радиус действия маловажен для большинства конечных приложений, поэтому Bluetooth 5 обязательно включил что-то для приложений, где пропускная способность важнее дальности. Существует опция двойной скорости передачи данных под названием LE 2M, которая увеличивает скорость передачи необработанных данных до 2 Мбит / с. Это позволяет передавать данные с максимальной фактической пропускной способностью 1,4 Мбит / с. Это означает, что данные могут передаваться даже быстрее, чем Bluetooth BR, но с меньшим энергопотреблением.

Таблица 2 сравнивает три физических уровня, доступные в Bluetooth 5, чтобы показать, как они отличаются с точки зрения скорости передачи данных и диапазона.

Bluetooth 5 предлагает множество улучшений в публикации данных. Он по-прежнему использует ту же схему каналов, что и BLE, но включает опции для рассылки данных на всех 40 каналах вместо трех. В Bluetooth 5 небольшие пакеты данных могут передаваться по трем каналам, используемым в BLE. Однако теперь они могут указывать на большие публикуемые пакеты (до 255 октетов), которые можно отправлять по дополнительным 37 каналам. Это также помогает уменьшить объем контента на трех основных каналах. Bluetooth 5 также включает улучшения для цепочки пакетов, периодической публикации данных и меньшего минимального интервала между передачей сообщений.

Приложения

Различия в PHY являются ключом к определению того, какой протокол лучше всего подходит для каждого приложения. В последних нескольких разделах мы рассмотрели много технических деталей, которые можно применять для лучшего понимания идеального использования каждого протокола.

Давайте начнем с Bluetooth BR / EDR. Он снижает скорость задержки и мощность пакета для более высокой пропускной способности, поэтому он лучше всего подходит для приложений, где пропускная способность является критически важной спецификацией. Это делает его идеальным протоколом для приложений, таких как потоковая передача видео / звука или отправка больших объемов данных. Распространенными приложениями являются беспроводные гарнитуры (рисунок ниже) и приложения типа точка-точка.

BLE лучше всего подходит для приложений, которым необходимо отправлять только небольшие объемы данных, в результате чего устройство может проснуться, передать необходимые данные и затем вернуться в спящий режим. Низкое энергопотребление BLE делает его обязательным для устройств, которые питаются от небольшой батареи. Приложение, которое хорошо подходит для BLE, — это пульсометр. Монитор сердечного ритма не должен часто отправлять данные, но он должен работать в течение длительного периода времени от батареи. Поскольку область IoT продолжает развиваться, мы, вероятно, увидим много новых приложений BLE.

Важно отметить, что когда вы выбираете устройство Bluetooth с поддержкой для своего приложения, вы должны быть уверены, что выбрали интегральную схему (ИС), которая поддерживает протокол, который вы планируете использовать. Вы не можете купить ИС наугад и предположить, что она поддерживает как Bluetooth BR / EDR, так и BLE. Как упоминалось ранее, Bluetooth BR / EDR и BLE используют разные физические уровни, поэтому вам необходимо убедиться, что выбранная интегральная схема поддерживает физический уровень для протокола, который вы планируете использовать, или она поддерживает оба PHY, если вы считаете, что оба могут быть полезны для вашего приложение.

Bluetooth 5, который обещает значительные улучшения, уже начал появляться в популярных технологиях. Многие популярные смартфоны уже предлагают поддержку Bluetooth 5. Как и в случае с большинством беспроводных протоколов, Bluetooth 5 интегрировался в большую часть электроники. Тем не менее, становится очевидным, что настало время Bluetooth 5.

Если вы хотите быть готовым к использованию Bluetooth 5, необходим микроконтроллер, совместимый с Bluetooth 5, для соответствия основным требованиям. Одним из примеров является Maxim MAX32666GWPBT, который имеет два ядра Arm Cortex-M4 и отдельное оборудование, предназначенное для работы стека Bluetooth (рисунок ниже). Это оставляет два ядра полностью бесплатными для вашего приложения. Другим вариантом является маломощный микроконтроллер Arm Cortex-M4 MAX32665 с блоком с плавающей запятой (FPU) и Bluetooth 5. Этот микроконтроллер имеет функции управления питанием, такие как импульсный источник питания с одним индуктором и несколькими выходами (SIMO), и динамическое масштабирование напряжения для минимизации энергопотребления и, следовательно, хорошо подходит для систем с батарейным питанием.

Итоги

Как и в любом хорошем уроке, лучший способ проверить свои знания — это викторина. Испытайте себя, вернитесь к приложениям, перечисленным в начале этой статьи, и посмотрите, сможете ли вы определить, какой протокол Bluetooth используется каждым из них. Если вы не помните, ответы ниже …

Bluetooth BR / EDR хорош для приложений, где критична максимальная пропускная способность. Он может потреблять значительное количество энергии, поэтому он не подходит для приложений, в которых требуется длительное время автономной работы. Он также имеет большую задержку и занимает больше времени для настройки соединения для начала отправки данных. Следовательно, он не предназначен для приложений, которые передают и получают нечастые короткие сообщения. Вы можете найти его используемым для подключения телефона к автомобильной стереосистеме для воспроизведения музыки или отправки файлов между компьютерами или планшетами. Оба приложения требуют высокой пропускной способности и могут позволить себе «потреблять некоторую мощность».

BLE используется тогда, когда критически важно низкое энергопотребление и высокая пропускная способность не требуется. Он может отправлять данные очень быстро и имеет малую задержку. Вы найдете его в приложениях, которые должны работать в течение длительного времени на аккумуляторе или в тех, которым не требуется часто отправлять данные. BLE используется в системах домашней безопасности, таких как интеллектуальные дверные замки и в фитнес-трекерах.

Хотя все эти технологии и называются Bluetooth, они действительно предлагают различные преимущества в мире беспроводной электроники. Чтобы определить, какой протокол лучше всего подходит для ваших приложений, обязательно посмотрите на различия в PHY, перечисленные в таблице 1, чтобы увидеть, где каждый протокол превосходит. Кроме того, следите за тем, как Bluetooth 5 изменит отрасль в ближайшие несколько лет благодаря более высокой пропускной способности, большему диапазону и расширенным возможностям публикации сообщений.

Используемые источники:

• https://1bluetooth.ru/blyutuz-naushnik/adapteri-dlya-naushnikov-i-pk
• https://xakep.ru/2018/01/09/ble5/
• https://elenergi.ru/kak-vybrat-luchshij-protokol-bluetooth-dlya-vashego-prilozheniya.html