BLUETOOTH: FUNCIONAMIENTO, ALCANCE, VERSIÓN, PERFILES Y CODEC DE AUDIO
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Bluetooth es un protocolo que se utiliza en redes inalámbricas de área personal (WPAN, Wireless Personal Area Network), el cual permite un intercambio sencillo de datos entre dispositivos muy próximos, utilizando la frecuencia de 2,4 GHz.
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Algunos ejemplos de equipos que utilizan este protocolo son los teléfonos móviles, ordenadores portátiles, auriculares inalámbricos, altavoces portátiles, etc.
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A continuación te explico todo lo que debes saber acerca de esta tecnología cada vez más utilizada en nuestra vida diaria.
1. Funcionamiento de la comunicación
2. Potencia y alcance de los equipos
3. Versiones bluetooth
4. El perfil bluetooth
5. Codecs de audio bluetooth
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1. FUNCIONAMIENTO DE LA COMUNICACIÓN
Los dispositivos compatibles con bluetooth cuentan con un chip y un software dedicado para controlar la emisión y recepción de la información. En algunos casos es posible conectar un adaptador bluetooth en el puerto USB del equipo que no disponga de esta tecnología, como por ejemplo un PC, haciéndolo compatible con otros equipos bluetooth de forma sencilla.
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El protocolo bluetooth está pensado para ser utilizado por equipos con muy poca potencia de emisión, lo que lleva asociado un consumo muy bajo y una distancia máxima entre dispositivos de unos 10 metros en la mayoría de casos.
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El equipo que inicia la comunicación se conoce como master y el otro como slave. El intercambio de información se mantiene hasta que el master lo decide y la conexión de estos dos dispositivos se conoce como pairing (emparejamiento), la cual requería en las primeras versiones de autorización mediante un PIN, el cual sólo era necesario introducir una única vez, ya que el dispositivo emparejado se guardaba en una lista para conectarse después de forma automática.
La gran mayoría de ordenadores actuales son compatibles con esta tecnología, lo que facilita la conexión de ratones, teclados, auriculares e impresoras.
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2. POTENCIA Y ALCANCE DE LOS EQUIPOS
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Existen 4 clases de equipos clasificados según su potencia máxima y alcance, según se detalla a continuación:
Clase 1: potencia máxima de 100 mW y alcance de 100 metros
Clase 2: potencia máxima de 2,5 mW y alcance entre 5 y 10 metros
Clase 3: potencia máxima de 1 mW y alcance de 1 metro
Clase 4: potencia máxima de 0,5 mW y alcance de 0,5 metros
Es posible que el fabricante de un equipo compatible con bluetooth nos indique en sus especificaciones directamente el alcance máximo en metros, en lugar de indicar la clase antes comentada.
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Por ejemplo, el manual de instrucciones del altavoz portátil de Sony, modelo SRS-XB43, indica que el alcance máximo es de 30 metros y que éste puede verse reducido si existen obstáculos, un microondas en marcha, etc.
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Hago referencia a este modelo porque lo compré recientemente y tengo su manual a mano, a continuación se ve una imagen del mismo:
Otra forma de clasificar los equipos que disponen de conectividad bluetooth es según su versión, las cuales son siempre 100% compatibles con las anteriores. Veamos un resumen de las diferentes mejoras que se han introducido desde la creación de este protocolo hasta nuestros días:
3. VERSIONES BLUETOOTH
BLUETOOTH 1.0 (1999)
Se trata de la primera versión de este protocolo, la cual tuvo muchos problemas de conectividad y seguridad (está fuera de uso).
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BLUETOOTH 1.1 (2002)
Es la primera versión comercializable, en la que se corrigen muchos de los problemas de la versión 1.0. La velocidad de transmisión máxima es de 721 Kbps y permite hasta 7 conexiones simultáneas.
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BLUETOOTH 1.2 (2003)
En esta versión la velocidad de transmisión máxima aumenta hasta 1 Mbps, incorporando la función Discovery, que permite detectar otros dispositivos bluetooth de forma automática. Se mejora la resistencia a las interferencias y se permite retransmitir paquetes de datos corruptos gracias al AFH (Adaptative Frequency Hopping).
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BLUETOOTH 2.0 + EDR (2004)
El incremento de velocidad de transmisión de 1 Mbps a 2,1 Mbps se debe a la introducción del EDR (Enhanced Data Rate), que es una combinación de modulación de la señal por desplazamiento de frecuencia y de fase. Esta modulación permite a los dispositivos reducir el consumo de energía al reducir el ciclo de trabajo. Se incorpora el uso de NFC (Near Field Communication), fundamental para pagar con el móvil sin necesidad de llevar encima la tarjeta de crédito.
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BLUETOOTH 2.1 + EDR (2007)
En esta versión la velocidad de transmisión no aumenta quedándose en 2,1 Mbps, pero se introduce la posibilidad de que un terminal pueda agregar a otro sin tener que introducir ninguna contraseña o clave gracias al Secure Simple Pairing.
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BLUETOOTH 3.0 + HS (2009)
Se añade un canal adicional de alta velocidad (HS, High Speed) que permite aumentar la velocidad de transmisión hasta 24 Mbps. El funcionamiento de este canal adicional se basa en los protocolos Wifi y UWB (Ultra Wide Band o banda ultra ancha)
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BLUETOOTH 4.0 + LE (2010)
La principal novedad de esta versión es la introducción de los protocolos LE (Low Energy o baja energía), lo que hizo posible el uso de bluetooth en dispositivos muy pequeños alimentados por una pila de botón, como los relojes deportivos. Desde 2010, este estándar es el principal aliado del internet de las cosas (IoT, Internet of Things). Otras novedades fueron una mejora en la corrección de errores, un cifrado de 128 bits y un ligero aumento de la velocidad de transmisión hasta los 25 Mbps.
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BLUETOOTH 4.1 (2013)
La velocidad de transmisión se mantiene en 25 Mbps. Los dispositivos más pequeños ya no necesitan intermediarios, pudiendo comunicarse un reloj deportivo con el correspondiente pulsómetro sin depender del móvil.
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Otra novedad es la compatibilidad con el protocolo de Internet versión 6 (IPv6), que permite que cada dispositivo tenga su propia IP (esto no sería viable con el protocolo IPv4 al ir muy escaso de direcciones, clica aquí para saber más). Gracias a esto, se puede controlar el dispositivo a través de Internet.
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Además, se introducen las reconexiones automáticas, de forma que, si los dispositivos pierden la conexión por algún motivo, vuelven a intentarlo sin que tengamos que preocuparnos de ello.
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BLUETOOTH 4.2 (2014)
La velocidad de transmisión continúa siendo 25 Mbps. Una de las mejoras introducidas por esta revisión es la posibilidad de dar permisos anticipados, pudiendo crear una lista de dispositivos no deseados a los que se deniega el acceso, impidiéndoles detectar, por ejemplo, nuestro móvil. Otra mejora importante es que posibilita conectar un dispositivo a Internet si se encuentra cerca un router con conectividad Wifi o Bluetooth.
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BLUETOOTH 5.0 (2016)
Se duplica la velocidad de transmisión máxima, alcanzando los 50 Mbps. Además, se reduce el consumo, mejora la fiabilidad y aumenta el rango de cobertura por encima de 200 metros, aunque siempre dependerá de las posibilidades de los dispositivos conectados. Mi altavoz Sony SRS-XB43 es versión 5.0, a pesar de que lo he comprado en el año 2021.
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BLUETOOTH 5.1 (2019)
La principal novedad de esta versión es poder saber la ubicación de los dispositivos conectados. La velocidad de transmisión máxima se mantiene en 50 Mbps.
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BLUETOOTH 5.2 o LE Audio (2020)
Este estándar mejora la calidad del sonido cuando, por ejemplo, conectamos nuestro móvil a un altavoz portátil. Utiliza para ello el codec LC3 (Low Complexity Communication Codec) que facilita a los equipos emisor y receptor comprimir y descomprimir la señal con mucha más rapidez, permitiendo la transferencia de audio a varios altavoces de forma simultánea. La velocidad de transmisión máxima se mantiene en 50 Mbps.
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BLUETOOTH 5.3 (2022)
Esta versión del estándar mejora un consumo más reducido, logra que las conexiones sean más fiables al hacerlas más robustas reduciendo las interferencias, aumentando así la calidad y seguridad según el ancho de banda requerido. La velocidad de transmisión máxima se mantiene en 50 Mbps.
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4. EL PERFIL BLUETOOTH
Los perfiles bluetooth son pequeños programas instalados en el chip bluetooth, como si se tratasen de los controladores o drivers de un ordenador, dedicados exclusivamente a la gestión de la señal. Los equipos se comercializan con varios perfiles preinstalados para poder realizar las tareas para las que han sido diseñados, pudiendo encontrar dichos perfiles en las especificaciones técnicas. Por ejemplo, volviendo al altavoz portátil Sony SRS-XB43, podemos encontrar en su manual que es compatible con los siguientes perfiles bluetooth:
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A2DP (Advanced Audio Distribution Profile)
Gestiona la transmisión de datos de audio en calidad estéreo.
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AVRCP (Audio Video Remote Control Profile)
Permite el control remoto de reproductores de audio y vídeo.
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HSP (Headset Profile)
HFP (Hands-free Profile)
Da la opción de conexión a dispositivos de manos libres.
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Existen otros perfiles bluetooth, pero el altavoz no los incorpora porque no los necesita, aunque si requiriese alguno más, se podría actualizar el chip para incorporarlo y ampliar las posibilidades del equipo.
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5. CODECS DE AUDIO BLUETOOTH
5.1 SBC (LOW COMPLEXITY SUBBAND CODEC)
La palabra codec viene de juntar las dos primeras letras de la palabra “codificar” y las tres primeras letras de la palabra “decodificar”. El equipo emisor (a partir de ahora, el móvil) codifica el audio y lo envía al receptor (a partir de ahora, el altavoz portátil) que debe decodificar la señal antes de reproducir la música.
Posiblemente te estés preguntando: ¿y para qué tanto lío? ¿No se podría enviar el archivo de audio directamente y sin más rodeos? La respuesta es NO.
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La clave es que al mismo tiempo que se codifica también se comprime la información del archivo de audio, por lo que su tamaño se reduce. Esto hace que la velocidad de transmisión necesaria entre el móvil y el altavoz sea menor, reduciendo también el consumo de batería y la probabilidad de error.
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La parte negativa de este proceso es que se pierde algo de información del archivo de audio original, reduciendo la calidad del sonido final. Esto es lógico, ya que al comprimir el archivo estamos desechando las partes menos necesarias del archivo de audio, las cuales no pueden ser recuperadas por el altavoz cuando decodifica.
Según las técnicas de codificación y decodificación del codec que utilicemos para transferir audio desde nuestro móvil al altavoz, tendremos mayor o menor calidad de sonido. En líneas generales, cuanto más alta sea la velocidad de transmisión que permita el codec mejor calidad de sonido ofrecerá.
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Otro factor a tener en cuenta es el procesador mínimo requerido para poder utilizarlo, el consumo de batería y la latencia o retardo introducido. En cualquier caso, tanto el móvil como el altavoz tendrán que ser compatibles con ese codec para poder utilizarlo en la comunicación bluetooth.
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Los codecs más utilizados son:
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Cualquier dispositivo bluetooth debe ser compatible con este codec y venir integrado en el perfil bluetooth A2DP. Su punto fuerte es que requiere muy poco procesado, por lo que es apto para cualquier móvil existente en el mercado. Además no tiene licencia, por lo que puede utilizarse de forma libre por cualquier fabricante de equipos bluetooth. Los principales inconvenientes son una calidad de sonido que no pasa de aceptable y un retardo bastante elevado.
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5.2 AAC (ADVANCED AUDIO CODEC)
Este codec es utilizado principalmente por equipos Apple. Se utiliza menos en equipos Android debido al elevado consumo de batería. La calidad del audio es superior al SBC.
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5.3 aptX (AUDIO DATA REDUCTION TECHNOLOGY)
Estos codecs ofrecen una calidad de audio superior a los dos anteriores, pero requieren una capacidad de procesado mayor (es posible que algunos móviles de gama baja no sean compatibles). Existen tres versiones:
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5.3.1 aptX LL (aptX LOW LATENCY)
Como su nombre indica, su principal virtud es tener una latencia muy baja, del orden de 30 ms (el SBC tiene unos 170 ms).
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5.3.2 aptX HD (aptX HIGH DEFINITION)
Ofrece una tasa de transmisión de datos de 576 kbps, por lo que la calidad de audio que ofrece es superior al resto de versiones de codecs aptX.
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5.3.3 aptX ADAPTIVE
La principal característica de esta versión del codec es que puede cambiar la tasa de transferencia en función de lo que se esté reproduciendo y del estado de la comunicación, reduciendo la velocidad si la señal pierde calidad y evitando cortes en el audio. La velocidad oscila entre 276 y 420 kbps.
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5.4 LDAC (SONY)
Este codec ha sido desarrollado por Sony y permite la transmisión de audio a 330, 660 y 990 kbps. Es el que mejor calidad de sonido ofrece, aunque sólo está disponible en equipos Sony, ya que la competencia no lo está implementando en sus equipos.
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5.5 LHDC (LOW LATENCY HIGH DEFINITION CODEC)
Intenta ser una solución definitiva, con gran calidad de sonido y latencia baja, basándose en el uso de algoritmos de codificación muy eficientes. Es el competidor directo del codec LDAC de Sony.
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5.6 LC3 (LOW COMPLEXITY COMMUNICATION CODEC)
La principal característica de este codec, sólo disponible a partir de la versión bluetooth 5.2, es su alta eficiencia, consiguiendo mantener una buena calidad de sonido con unas tasas de transferencia de bit muy bajas.
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