Dans les implémentations antérieures, la puissance de transmission radio jouait un rôle crucial dans l'extension de la portée des modules Bluetooth Low Energy (BLE). Après l'introduction de modules Bluetooth basés sur des solutions nordiques, les utilisateurs ont eu accès à des protocoles de communication améliorés. Ces modules Bluetooth prennent en charge les protocoles BLE 4.2/5, Bluetooth 5.0 et versions ultérieures offrant un mode longue portée. Cette conception de module sans fil longue portée offre une efficacité énergétique impressionnante tout en atteignant une portée de couverture supérieure à 1 km.
Au sein de ces appareils de communication sans fil, les modules Wi-Fi et Bluetooth communiquent via des ports série pour assurer une transmission de données transparente. Le module longue portée permet d'étendre la portée de la connexion Bluetooth, permettant une localisation améliorée. Il prend également en charge une communication solide dans les zones où les appareils sans fil précédents rencontraient des obstacles. De plus, Long Range prend en charge la transmission transparente du signal.
Facteurs affectant la capacité du BLE à atteindre une portée supérieure à 1 km
Atteindre une portée supérieure à 1 km avec BLE dépend de l'environnement, des antennes et des performances du signal radio. Plusieurs facteurs affectent les performances de la portée Bluetooth, notamment :
Antenne
Obstacles physiques sur le chemin de transmission des données
Sensibilité du récepteur
Puissance de sortie de l'émetteur
La technologie BLE elle-même impose des limitations basées sur les méthodes de modulation. Étant donné que les performances des antennes et des radios ont tendance à être relativement statiques pour des appareils Bluetooth spécifiques, les variations de l'environnement ont un impact significatif. Par exemple, les utilisateurs peuvent atteindre une portée allant jusqu’à 100 mètres en extérieur, ce qui est un cas rare. Dans les environnements intérieurs comportant des obstacles comme des murs en béton, les signaux radio sont affaiblis, réduisant considérablement la portée effective.
Lors de la conception d'appareils Bluetooth, les fabricants peuvent choisir d'optimiser la portée en sélectionnant des puces Bluetooth offrant la meilleure sensibilité de récepteur. De plus, la puissance de sortie doit garantir que l’appareil dispose d’une bonne antenne. Cependant, dans certains cas où les données doivent être transmises sur des centaines, voire des milliers de mètres, différents réseaux sont utilisés pour obtenir une plus grande portée des modules Bluetooth.
Différences de distances de transmission selon les versions du protocole Bluetooth
Avec le développement du BLE 5.0, des améliorations significatives de la distance de communication ont été obtenues. Alors, quels changements le Bluetooth 5.0 a-t-il apporté pour réaliser de tels progrès ? La version 5 de la spécification Bluetooth inclut plusieurs améliorations clés, telles que :
Les modes « Longue portée » 125 kbps ou 500 kbps permettent aux utilisateurs d'étendre la portée avec des coûts de débit de données relativement faibles. Les modes améliorés entraînent également une consommation de courant moyenne inférieure.
Le mode « High Speed » 2 Mbps permet aux utilisateurs d'augmenter le débit de données ou de réduire la consommation de courant moyenne au prix d'une réduction de la portée.
Les extensions publicitaires améliorent considérablement le débit de données pour les applications de diffusion (telles que les balises), jusqu'à 8 fois plus élevé que les versions précédentes.
La puissance de sortie maximale a été augmentée de +10 dBm à +20 dBm, permettant l'utilisation d'amplificateurs plus puissants, améliorant encore la portée.
Un nouvel algorithme de sélection de canal (CSA2) a été introduit, permettant à davantage d'appareils de coexister dans le même environnement sans interférence.
Instructions d'application spécifiques pour une longue portée
Le mode Long Range (PHY codé, 500/125 kb/s) offre des débits de données et des modulations plus élevés avec des niveaux de signal plus forts. De plus, en utilisant l’option PHY distante, la possibilité d’obtenir une meilleure portée au sein du BLE augmente. Le point clé est que la fonctionnalité à distance nécessite que les deux radios prennent en charge la fonction PHY codée. Les débits de données indiqués ci-dessus incluent la surcharge des paquets, les données supplémentaires et les en-têtes. L’objectif est de réduire le débit de données brutes, améliorant ainsi efficacement la gamme de données utilisateur.
Le module Bluetooth E104-BT5011A est un module Bluetooth intégré maître-esclave basé sur la version 5.1 du protocole Bluetooth. Il est compact, peu gourmand et utilise le PHY codé pour le mode Longue Portée en Bluetooth 5. En intégrant le PHY codé, ce module Bluetooth offre une couverture à distance de 50 à 70 mètres pour des connexions jusqu'à 1 km. L'élargissement de la gamme peut nécessiter certaines modifications matérielles.
Pour améliorer les performances, les concepteurs de modules Bluetooth ont augmenté le niveau de sensibilité de l'extrémité du récepteur. Dans certains cas, même les routeurs Wi-Fi distants ne peuvent pas se connecter aux outils sans fil pour étendre la portée Wi-Fi. Par conséquent, pour obtenir des résultats optimaux, les fournisseurs de solutions LBS de classe mondiale proposent une R&D de haute qualité en matière de technologie de positionnement et de connectivité sans fil.