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Verständnis der Bluetooth®-Reichweite

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Wie groß ist die Reichweite der Bluetooth®-Technologie?

Mehr als ein Kilometer. Weniger als ein Meter.
Die effektive, zuverlässige Reichweite zwischen Bluetooth-Geräten reicht von mehr als einem Kilometer bis zu weniger als einem Meter.

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Was bestimmt die Bluetooth-Reichweite?

Die längere Antwort auf die Frage nach der Reichweite der Bluetooth®-Technologie lautet: Es kommt darauf an.

Im Gegensatz zu anderen Drahtlostechnologien ist die Bluetooth Technologie so konzipiert, dass sie eine große Bandbreite an erreichbaren Reichweiten zwischen zwei Geräten unterstützt und Entwicklern eine enorme Flexibilität bei der Entwicklung von Drahtloslösungen bietet, die den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls am besten entsprechen.

Mehrere Schlüsselfaktoren beeinflussen die effektive Reichweite einer zuverlässigen Bluetooth Verbindung, darunter die folgenden:

Das Funkspektrum erstreckt sich von 30 Hz bis 300 GHz. Je niedriger die Frequenz, desto größer die Reichweite. Je niedriger die Frequenz ist, desto geringer ist jedoch die Datenrate, die sie unterstützen kann. 

Bei der Auswahl des Frequenzspektrums müssen daher Kompromisse zwischen Reichweite und Datenrate eingegangen werden.

Die Bluetooth®-Technologie nutzt das 2,4-GHz-ISM-Band (2400 bis 2483,5 MHz), das ein gutes Gleichgewicht zwischen Reichweite und Durchsatz ermöglicht. Außerdem ist das 2,4-GHz-Band weltweit verfügbar, was es zu einem echten Standard für drahtlose Verbindungen mit geringem Stromverbrauch macht.

Die Bitübertragungsschicht (Physical Layer, PHY) einer Drahtlostechnologie definiert das Modulationsschema und andere Techniken, mit denen Daten über ein bestimmtes Funkfrequenzband (RF) gesendet werden. Dazu gehören die Anzahl der verfügbaren Kanäle, die effektive Nutzung dieser Kanäle, die Verwendung der Fehlerkorrektur, die Schutzmaßnahmen gegen Störungen und vieles mehr. Wenn Sie die HF-Kommunikation mit der mündlichen Kommunikation vergleichen, können Sie sich vorstellen, dass der PHY die Geschwindigkeit und Klarheit Ihrer Sprache bestimmt. Beides wirkt sich auf die Reichweite aus, in der Sie gehört werden können.

Die Bluetooth®-Technologie bietet mehrere PHY-Optionen mit jeweils unterschiedlichen Eigenschaften, die die effektive Reichweite und Datenrate bestimmen.

Die Empfindlichkeit eines Empfängers ist das Maß für die minimale Signalstärke, die ein Empfänger interpretieren kann. Mit anderen Worten, es ist der niedrigste Leistungspegel, bei dem der Empfänger ein Funksignal erkennen, eine Verbindung aufrechterhalten und dennoch Daten demodulieren kann. Stellen Sie sich die Empfängerempfindlichkeit als ein Maß dafür vor, wie gut Sie hören können, oder als den leisesten Ton, den Sie hören und verstehen können.

Die Bluetooth®-Technologie schreibt vor, dass Geräte je nach verwendetem PHY eine minimale Empfängerempfindlichkeit von -70 dBm bis -82 dBm erreichen müssen. Bluetooth-Implementierungen erreichen jedoch in der Regel viel höhere Empfängerempfindlichkeitswerte. Zum Beispiel erreichen durchschnittliche Implementierungen des Bluetooth LE 125K (Coded) PHY eine Empfängerempfindlichkeit von -103 dBm.

design Wahl der Sendeleistung ist ein Kompromiss zwischen Reichweite und Stromverbrauch. Je höher die Sendeleistung, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Signal über größere Entfernungen gehört werden kann und desto größer ist die effektive Reichweite. Allerdings erhöht eine höhere Sendeleistung auch den Stromverbrauch Ihres Geräts. Stellen Sie sich die Sendeleistung wie die Lautstärke Ihrer Stimme vor. Je lauter Sie sprechen, desto weiter entfernt kann man Sie hören, aber desto mehr Energie wird dafür benötigt.

Die Bluetooth®-Technologie unterstützt Sendeleistungen von -20 dBm (0,01 mW) bis +20 dBm (100 mW).

Die Antenne wandelt die elektrische Energie des Senders in elektromagnetische Energie (oder Funkwellen) um und umgekehrt für den Empfänger. Der Standort der Antenne, die Größe des Gehäuses und das design können einen großen Einfluss darauf haben, wie effektiv das Signal gesendet und empfangen wird. Auch die Arten und Größen von Antennen und ihre Effizienz bei der Umwandlung von elektrischer in elektromagnetische Energie und der Fokussierung der Energierichtung können sehr unterschiedlich sein.

Der effektive Antennengewinn ist sowohl für die Sende- als auch für die Empfangsantenne relevant. Der Richtungseinfluss einer Antenne ist vergleichbar mit dem Sprechen oder Hören durch einen Kegel, um die Schallenergie zu bündeln.

Entwickler von Bluetooth® Technologien können eine Vielzahl von Antennenoptionen einsetzen. Das design ist ebenso eine Kunst wie eine Wissenschaft. Bluetooth-Geräte erreichen in der Regel einen Antennengewinn im Bereich von -10 dBi bis +10 dBi.

Pfaddämpfung ist die Verringerung der Signalstärke, die bei der Ausbreitung einer Funkwelle durch die Luft auftritt. Der Pfadverlust oder die Pfaddämpfung tritt auf natürliche Weise über die Entfernung auf und wird durch die Umgebung, in der das Signal übertragen wird, beeinflusst. Hindernisse zwischen dem Sender und dem Empfänger können das Signal verschlechtern.

Zu den Dämpfungsfaktoren gehören Feuchtigkeit und Niederschlag, Wände, Fenster und andere Hindernisse aus Glas, Holz, Metall oder Beton, einschließlich Metalltürmen oder -platten, die Funkwellen reflektieren und streuen. Funkwellen können zwar Objekte durchdringen, aber die Dämpfung und der effektive Pfadverlust variieren je nach Art und Dichte des Hindernisses. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, jemanden im Nebenzimmer zu hören, und denken Sie an den Unterschied zwischen der Lautstärke und der Klarheit dessen, was Sie hören können, wenn die Wand, die Sie trennt, aus Holz und nicht aus Beton besteht.

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