Tecnología inalámbrica Bluetooth Low Energy de potencia ultrabaja
Las tres características principales de la tecnología Bluetooth de bajo consumo contribuyen al rendimiento de ULP. Estas tres características principales son tiempo de espera maximizado, conexión rápida y bajo consumo máximo de energía de transmisión/recepción.
La duración de la batería se reducirá drásticamente si la conexión inalámbrica está "encendida" durante un período corto de tiempo, por lo que cualquier tarea de envío o recepción necesaria debe completarse rápidamente. El primer truco utilizado por la tecnología Bluetooth Low Energy para minimizar el tiempo inalámbrico es utilizar sólo 3 canales de "publicidad" para buscar otros dispositivos, o anunciar su presencia a los dispositivos que buscan establecer una conexión. En comparación, la tecnología Bluetooth estándar utiliza 32 canales.
Esto significa que la tecnología Bluetooth de bajo consumo sólo necesita de 0,6 a 1,2 ms para "encenderse" y escanear otros dispositivos, mientras que la tecnología Bluetooth estándar requiere 22,5 ms para escanear sus 32 canales. Como resultado, la tecnología Bluetooth de bajo consumo requiere de 10 a 20 veces menos energía para localizar otros dispositivos inalámbricos que la tecnología Bluetooth estándar.
Vale la pena señalar que el uso de 3 canales publicitarios es una especie de compromiso: es un compromiso entre el tiempo de funcionamiento (correspondiente al consumo de energía) y la solidez en una parte muy concurrida del espectro. una compensación (cuantos menos canales publicitarios, más oportunidades habrá para que otro dispositivo inalámbrico transmita en la frecuencia seleccionada, lo que facilita que se produzcan conflictos de señal). Pero los diseñadores de la especificación confían bastante en poder equilibrar este compromiso: por ejemplo, el canal de publicidad que elijan no entrará en conflicto con el canal predeterminado de Wi-Fi.
Una vez que la conexión sea exitosa, la tecnología Bluetooth Low Energy cambie a uno de los 37 canales de datos. Durante el breve período de transmisión de datos, la señal inalámbrica cambiará entre canales de forma pseudoaleatoria utilizando la tecnología de salto de frecuencia adaptativo (AFH), de la que fue pionera la tecnología Bluetooth estándar (aunque la tecnología Bluetooth estándar utiliza 79 canales de datos).
Otra razón por la que se requiere la tecnología Bluetooth de baja energía para tener el tiempo inalámbrico más corto es que tiene un ancho de banda de datos sin procesar de 1 Mbps: un ancho de banda mayor permite enviar más información en menos tiempo. Por ejemplo, otra tecnología inalámbrica con un ancho de banda de 250 kbps necesitaría estar encendida ocho veces más (consumiendo más energía de la batería) para enviar la misma información.
La tecnología Bluetooth de bajo consumo "completa" una conexión (es decir, busca otros dispositivos, establece el enlace, envía datos, se autentica y finaliza apropiadamente) en solo 3 ms. La tecnología Bluetooth estándar tarda cientos de milisegundos en completar el mismo ciclo de conexión. Nuevamente, cuanto más tiempo esté encendida la conexión inalámbrica, más energía de la batería se consumirá.
La tecnología Bluetooth Low Energy también puede limitar el consumo máximo de energía de otras dos formas: utilizando parámetros de radiofrecuencia más "relajados" y enviando paquetes de datos muy cortos. Ambas tecnologías utilizan modulación por cambio de frecuencia gaussiana (GFSK), pero el índice de modulación utilizado por la tecnología Bluetooth Low Energy es 0,5, mientras que la tecnología Bluetooth estándar es 0,35. El índice de 0,5 está cerca del esquema de modulación por cambio de frecuencia mínima gaussiana (GMSK). lo que puede reducir los requisitos de consumo de energía de los dispositivos inalámbricos (las razones de esto son más complicadas y no se discutirán en este artículo). Un índice de modulación más bajo también tiene dos beneficios: una cobertura mejorada y una mayor solidez.
La tecnología Bluetooth estándar utiliza paquetes de mayor longitud. Al enviar estos paquetes de datos más largos, el dispositivo inalámbrico debe permanecer en un estado de potencia relativamente alta durante un período de tiempo más largo, lo que puede hacer que el chip de silicio se caliente fácilmente. Este calentamiento cambiará las propiedades físicas del material, cambiando así la frecuencia de transmisión (rompiendo el enlace), a menos que el dispositivo inalámbrico se recalibre con frecuencia. La recalibración consume más energía (y requiere una arquitectura de circuito cerrado, lo que hace que los dispositivos inalámbricos sean más complejos y, por tanto, aumenta los precios de los dispositivos).
Por el contrario, Bluetooth Low Energy utiliza paquetes de datos muy cortos, lo que mantiene el silicio fresco. Por lo tanto, los transceptores Bluetooth de baja energía no requieren una recalibración que consuma mucha energía ni una arquitectura de circuito cerrado.