Bluetooth 5

Höherer Datendurchsatz
Die Bitrate für Bluetooth LE wurde nun von einer einzigen Übertragungsgeschwindigkeit (1 Mbps) auf vier diskrete Bitratengeschwindigkeiten erweitert, wie unten zu sehen. Die maximale Bitrate wurde auf 2 Mbit/s verdoppelt. Zusammen mit den in Bluetooth 4.2 eingeführten Verbesserungen, die Data Length Extensions (DLE) ermöglichten, ist der Gesamtdurchsatz um das Fünffache höher als bei der ursprünglichen Bluetooth 4.0-Version. Jetzt kann der Anwendungsdurchsatz ohne Overhead wie z. B. Adressierung bis zu 1,4 Mbit/s betragen.

Abbbildung 1 Durchsatz mit verschiedenen Nutzlasten und Bitraten
Dieser Anstieg bietet Möglichkeiten für neue Anwendungen, die einfach mehr Datendurchsatz benötigen als bisher möglich war. Der nRF52840 ist, wie alle Mitglieder der nRF5x-Serie, ein Flash-basiertes SoC, so dass er die Vorteile dieser erhöhten Geschwindigkeit für Firmware-Updates und das Hochladen von Daten in großen Mengen nutzen kann.

Größere Reichweite
Bluetooth 5 führte signifikante Änderungen an der physikalischen Schicht (PHY) für den Bluetooth-Funkbetrieb ein. Es stehen nun vier Bitraten zur Verfügung: 2 Mbps, 1 Mbps, 500 kbps und 125 kbps. Die 2 Mbps bieten eindeutig höhere Durchsatzmöglichkeiten. Warum werden niedrigere Bitraten von 500 kbit/s und 125 kbit/s angeboten, werden sich einige fragen. Der Grund dafür ist, dass es bei diesen niedrigeren Bitraten und der damit verbundenen LE-codierten Verarbeitung mit Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) einfacher wird, Datenübertragungen im Umgebungsrauschen wiederzufinden. Kurz gesagt, die Empfindlichkeit verbessert sich, und zwar um etwa 12 dB.
Hochfrequenztechnisch gesehen entsprechen 6 dB Verbesserung des Link-Budgets einer theoretischen Verdoppelung der Reichweite, so dass eine Verbesserung um 12 dB die Reichweitenmöglichkeiten um das Vierfache erhöht. Das Verbindungsbudget kann durch zusätzliche Ausgangsleistung verbessert werden, aber die Verbesserungen bei der großen Reichweite in Bluetooth 5 hängen nicht von einer verbesserten Ausgangsleistung ab und bedeuten, dass eine bis zu viermal größere Reichweite erzielt werden kann, ohne dass die Spitzenausgangsleistung erhöht werden muss. Die Durchsatzkapazität verringert sich natürlich, wenn die Modi 500 kbit/s oder 125 kbit/s gewählt werden, aber für viele Bluetooth LE-Anwendungen, bei denen es sich um relativ einfache Erfassungs- und Betätigungsanwendungen handelt, ist der verringerte Durchsatz vollkommen ausreichend.
Erhöhte Übertragungskapazität
Erweiterungen für Werbung werden eingeführt, um die Belegung von Werbekanälen und mögliche Kanalüberlastungen zu verringern. Längere Paketlängen und eine neue PHY-Schicht erhöhen die Zeit, in der jedes Paket einen Kanal belegt. Da es nur drei Werbekanäle gibt, könnten diese Kanäle bei niedrigeren On-Air-Übertragungsgeschwindigkeiten (z. B. 125 kbs) bald mit Werbepaketen mit großen Daten-Nutzlasten überlastet werden. Die Werbeerweiterungen entschärfen dieses potenzielle Problem, indem sie wie bisher auf den 3 Werbekanälen werben, die zu sendenden Daten jedoch auf einem vereinbarten Nicht-Werbekanal, einem Datenkanal, übertragen werden.

Abb. 2 Werbeerweiterungen Zuweisung eines Kanals für Werbedaten
Ein zusätzliches Merkmal der Werbeerweiterungen ist die Möglichkeit, Werbepakete zu verketten, um erweiterte Werbedaten-Nutzlasten zu erzeugen (siehe Abb. 3). 3.

Abb. 3 Werbeerweiterungen ‚Verkettung‘ von Werbedatenpaketen
Periodische Werbung ermöglicht eine besser synchronisierte Übertragung von Daten zwischen Geräten. In diesem Modus erfolgt die periodische Werbung in einem deterministischen periodischen Intervall und ermöglicht so ein echtes verbindungsloses Broadcasting.
Verbesserte Koexistenz mit verbesserter Kanalwechselsequenzierung
Bluetooth 5 hat auch einen verbesserten Kanalauswahlalgorithmus (CSA #2) eingeführt, um die Pseudozufälligkeit der Kanalauswahl für den nächsten Hop zu verbessern. CSA #2 verbessert die Koexistenzleistung von aktivierten Geräten in Gegenwart von WiFi und anderen Bluetooth-Geräten. Alle SoCs der Serie nRF52 können CSA #2 unterstützen.
nRF52 Series Bluetooth 5 SoCs
Alle Multiprotokoll-SoCs der Serie nRF52 wurden so entwickelt, dass sie diese bedeutenden Leistungsverbesserungen von Bluetooth 5 nutzen können. Darüber hinaus verfügt der nRF52840 über eine verbesserte Ausgangsleistung von 8 dB, die zusammen mit den neuen Long-Range-Funktionen von Bluetooth 5 bedeutende neue Anwendungsmöglichkeiten bietet, die eine Kommunikation mit größerer Reichweite erfordern.