Bluetooth LE High Data Throughput erreicht Datenraten von bis zu 7,5 Mbit/s

Die Bluetooth SIG bereitet „Bluetooth High Data Throughput“ (HDT) vor, eine bedeutende Erweiterung für Bluetooth Low Energy. Die neue Funktion soll die maximale Datenübertragungsrate von 2 Mbit/s auf 7,5 Mbit/s erhöhen und dabei den energiesparenden Betrieb, die Zuverlässigkeit und die Sicherheit gewährleisten.

Fast viermal höhere Datenrate für Bluetooth LE

Die Bluetooth Special Interest Group (SIG) bereitet „Bluetooth High Data Throughput“ (Bluetooth HDT) für eine kommende Version der Bluetooth-Kernspezifikation vor.

HDT soll die maximale Datenrate von Bluetooth LE von derzeit 2 Mbit/s auf bis zu 7,5 Mbit/s erhöhen. Die zusätzliche Bandbreite wird den wachsenden Anforderungen an hochwertige Audioübertragung, Firmware-Updates, Sensordaten, Wearables sowie industrielle und medizinische Geräte gerecht.

Laut Bluetooth SIG deuten erste Implementierungen von Mitgliedern darauf hin, dass eine Übertragung von mehreren Megabyte, die heute etwa 16 Sekunden dauert, mit HDT potenziell in etwa vier Sekunden abgeschlossen werden könnte.

Neuer PHY mit höherwertiger Modulation

Die Geschwindigkeitssteigerung wird durch eine neue Bluetooth-HDT-Physikalische Schicht (PHY) ermöglicht.

HDT unterstützt Datenraten von 2, 3, 4, 6 und 7,5 Mbit/s. Modulationsverfahren höherer Ordnung, darunter Formen der Quadratur-Phasenumtastung (QPSK) und der Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM), ermöglichen es, mehr Informationen in jedem Funksymbol zu kodieren.

Zur Unterstützung einer zuverlässigen Signal-Decodierung und zur Aufrechterhaltung robuster Verbindungen bei den höheren Übertragungsraten kommt die kohärente Detektion zum Einsatz.

Forward Error Correction und adaptive Datenraten

Bluetooth HDT führt zudem eine Vorwärtsfehlerkorrektur auf der physikalischen Schicht ein. Zusätzliche redundante Informationen ermöglichen es den Empfängern, bestimmte Übertragungsfehler zu erkennen und zu korrigieren, ohne dass das gesamte Paket erneut gesendet werden muss.

Die Technologie kann ihre Übertragungsrate dynamisch von Paket zu Paket anpassen. Verschlechtern sich die Funkbedingungen aufgrund von Störungen oder Entfernung, können Geräte automatisch auf eine niedrigere HDT-Rate umschalten, um eine stabile Verbindung aufrechtzuerhalten.

Ein optionaler Mechanismus zur Rückmeldung der Verbindungsqualität kann zusätzlich Informationen wie RSSI und SNR bereitstellen.

Größere Pakete und effizientere Wiederholungen

HDT führt eine neue Paketstruktur ein, die im größten Modus Nutzdaten von mehr als etwa 8.000 Byte unterstützt.

Daten können in kleinere Blöcke unterteilt werden, von denen jeder über eine eigene Prüfsumme verfügt. Ist ein Block beschädigt, muss nur dieser Block erneut übertragen werden, anstatt des gesamten Pakets.

Dieser Ansatz zielt darauf ab, den Durchsatz zu steigern und gleichzeitig die Zuverlässigkeit zu verbessern sowie unnötige Funkaktivität zu reduzieren.

Höherer Durchsatz bei niedrigem Energieverbrauch

Eine höhere Geschwindigkeit bedeutet nicht, dass der Fokus von Bluetooth LE auf Energieeffizienz aufgegeben wird.

Da größere Datenmengen in kürzerer Zeit übertragen werden können, kann der Funkmodul schneller in einen Energiesparzustand zurückkehren. Vorwärtsfehlerkorrektur und selektive Neuübertragung können den Energieverbrauch pro übertragenem Bit weiter senken.

Dies ist besonders relevant für batteriebetriebene Wearables, Sensoren und industrielle IoT-Geräte, die in regelmäßigen Abständen größere Datensätze übertragen müssen.

Erweiterte Sicherheit für High-Speed-Verbindungen

Bluetooth HDT nutzt weiterhin bewährte Technologien wie Elliptic Curve Diffie-Hellman für den Schlüsselaustausch und AES-Verschlüsselung.

Die Spezifikation fügt Optionen für die Nachrichtenintegritätsprüfung (MIC) mit 64 und 128 Bit hinzu, im Vergleich zum 32-Bit-MIC, das von aktuellen Bluetooth-LE-PHYs verwendet wird. Ein neuer Verschlüsselungsschlüsselplan verwaltet den Übergang zwischen bestehenden GFSK-basierten und HDT-PHYs und unterstützt Funktionen wie separate Verschlüsselungsschlüssel und Perfect Forward Secrecy.

Neue Möglichkeiten für Audio und IoT

Die zusätzliche Bandbreite könnte den Einsatzbereich von Bluetooth LE auf datenintensivere Anwendungen ausweiten.

Zu den potenziellen Anwendungsfällen gehören hochauflösendes und verlustfreies Bluetooth-LE-Audio, schnellere drahtlose Firmware-Updates, rasche Dateiübertragungen und hochgeschwindigkeitsfähige Sensorkommunikation.

Multi-Sensor-IoT-Geräte, fortschrittliche Wearables, industrielle Systeme und medizinische Geräte, die große Datenbursts erzeugen, könnten besonders von dem zusätzlichen Durchsatz profitieren.

Bluetooth HDT ist zudem Teil einer umfassenderen Roadmap, die Arbeiten an neuen 5-GHz- und 6-GHz-Frequenzbändern sowie den IPv6-Transport über Bluetooth LE umfasst.

Die Bluetooth SIG geht davon aus, dass HDT in einer kommenden Version der Bluetooth-Core-Spezifikation übernommen wird, die für Ende 2026 erwartet wird.

Mehr erfahren: Entdecken Sie, wie Bluetooth HDT die Leistungsfähigkeit von Bluetooth LE grundlegend erweitern soll, im vollständigen Beitrag der Bluetooth SIG.