블루투스는 무엇일까? : 블루투스 한 번에 알아보기

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블루투스

블루투스의 역사

블루투스 기술은 초기에 스웨덴의 통신 기업인 에릭슨(Ericsson)에 의해 1994년 개발되기 시작했다. 이 기술의 개발 목적은 다양한 무선 기기 간의 통신 규격을 통일하여 상호 연결을 가능하게 하는 것이었다. 이에 따라 인텔(Intel), 노키아(Nokia), IBM과 같은 기업들이 모여 기술의 표준화와 상용화를 위한 개발에 착수하게 되었다.

Haraldr blatonn Gormsson
하랄드 1세(Haraldr blátönn Gormsson)

이 기술의 공식적인 명칭이 필요해진 것은 1998년 즈음이었고, 그때 인텔의 연구원 Jim Kardach가 ‘블루투스’라는 이름을 제안하게 된다. 이 제안된 이름은 덴마크의 왕 하랄드 1세(Haraldr blátönn Gormsson)의 별명에서 유래하였는데, 하랄드 1세는 10세기에 덴마크와 부분적으로 노르웨이를 통합한 것으로 알려져 있다.

블루투스라는 별명의 기원에는 여러 가설이 있지만, 가장 널리 알려진 이야기는 하랄드 1세가 블루베리를 좋아해 그의 이가 파랗게 변했다는 것이다. 이러한 별명은 이 기술이 다양한 기기와 통신 표준을 ‘통합’하는 것을 상징적으로 보여주므로, 블루투스 기술의 이름으로 적절하게 여겨졌다.

Jim Kardach는 이 이름을 제안할 당시에 ‘The Long Ships’라는 바이킹에 관한 소설을 읽고 있었고, 이 소설이 이름 제안에 영향을 끼쳤다고 한다. 그의 아이디어는 다양한 기업들과의 협력을 통해 통신 표준을 통합하는, 이 기술의 본래 목적을 상징적으로 반영한 것이었다.

결국, 블루투스는 기기 간의 연결과 통신을 통합하여 현대의 무선 통신 기술의 표준이 되었고, 이러한 기술의 이름이 북유럽 왕의 별명에서 왔다는 사실은 매우 흥미로운 부분이다.

블루투스의 개념

ISM 2.4GHz

블루투스는 다양한 장치들 간의 무선 통신을 가능케 하는 기술이다. 이 기술은 ISM(Industrial, Scientific and Medical) 대역을 사용하여, 개인 간의 근거리 통신을 가능하게 한다. 이 기술은 개인용 소형 무선 장치간에 데이터 전송을 위해 개발되었으며, 일상 생활의 다양한 부분에서 활용되고 있다.

작동 방식

블루투스는 주파수 홉핑 스펙트럼 확산(Frequency-Hopping Spread Spectrum; FHSS) 기술을 이용해 작동한다. 이는 여러 디바이스가 같은 주파수 대역을 공유할 수 있도록 해, 간섭의 영향을 최소화한다. 디바이스들은 이 주파수 채널들을 매우 빠르게 변경하며, 이를 통해 여러 디바이스가 동일한 공간에서 효율적으로 통신할 수 있다. 이 방식은 각 디바이스가 매 초 수백 번씩 다른 채널을 사용하므로, 채널 간 간섭을 피하게 해준다.

주파수 및 채널

블루투스 기술은 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific, and Medical) 대역을 사용한다. 이 주파수 대역은 전 세계적으로 라이선스 없이 사용할 수 있는 영역으로, 79개의 채널로 분할되어 있다. 각 채널은 1MHz 간격으로 배치되어 있으며, 디바이스는 이 채널들을 활용하여 통신한다. 이러한 주파수 홉핑 메커니즘은 블루투스 디바이스가 높은 통신 효율성과 안정성을 유지할 수 있게 한다.

페어링 및 보안

Bluetooth paring

블루투스 디바이스 간 통신을 시작하기 전에, “페어링”이라는 과정을 통해 서로의 인증과 보안키 교환을 수행한다. 이 보안키는 통신 세션 중 데이터의 기밀성을 보장하기 위해 사용되며, 블루투스 디바이스 간의 통신이 안전하게 이루어질 수 있도록 돕는다. 이러한 페어링 과정을 통해 디바이스간의 신뢰성 있는 연결이 구축되며, 무선 통신의 보안이 확립된다.

프로토콜 스택

Profiles

블루투스의 프로토콜 스택은 여러 계층으로 구성되어 있어, 각 계층이 서로 다른 역할을 수행한다. LMP(Link Management Protocol)는 물리적인 링크를 설정, 관리하고, L2CAP(Logical Link Control and Adaptation Protocol)는 데이터를 프레임화하고 서비스 품질(QoS)을 관리한다. 또한, SDP(Service Discovery Protocol)는 디바이스가 서로의 서비스를 발견할 수 있게 도와준다. 이러한 다양한 프로토콜들이 상호작용하며 블루투스 통신을 가능하게 한다.

프로파일과 기능

블루투스 기술에서 중요한 개념 중 하나는 ‘프로파일(Profile)’이다. 프로파일은 두 블루투스 기기가 서로 어떻게 상호작용하고 어떤 기능을 사용할 수 있는지를 정의한다. 이러한 프로파일들은 통신의 목적과 기능에 따라 다르게 구분된다.

  • HSP (헤드셋 프로파일): HSP는 블루투스 헤드셋에 사용되는 기본 프로파일입니다. 이 프로파일은 오디오와 마이크로폰 기능을 지원하여, 사용자가 전화를 걸고, 받고, 종료할 수 있게 해줍니다. HSP는 Sco(Synchronous Connection-Oriented) 채널을 통해 말소리를 전송합니다. 일반적인 용도로는 통화의 수신 및 발신, 볼륨 조절 등의 기능을 제공합니다.
  • HFP (핸즈프리 프로파일): HFP는 핸즈프리 통화 기능을 정의한 프로파일입니다. HSP보다 향상된 기능을 제공하며, 차량용 핸즈프리 시스템이나 고급 헤드셋에서 주로 사용됩니다. 이를 통해 사용자는 차량의 스테레오, 스피커 등을 이용하여 통화를 할 수 있습니다. 또한, 차량의 조작 버튼을 통해 전화를 받거나 거부할 수 있습니다.
  • HID (휴먼 인터페이스 장치 프로파일): HID 프로파일은 키보드, 마우스, 게임패드 등의 인풋 장치들과 블루투스를 이용한 통신을 가능하게 합니다. 이 프로파일을 사용하면 무선으로 기기들 간의 명령을 전송할 수 있습니다. 이 프로파일은 사용자가 데스크탑이나 노트북에 다양한 입력 장치를 연결할 수 있게 해주며, 보통은 저전력을 사용합니다.
  • AVRCP (오디오 비디오 리모트 컨트롤 프로파일): VRCP 프로파일은 오디오 또는 비디오 장치를 원격으로 제어할 수 있게 해줍니다. 이 프로파일은 사용자가 플레이, 일시정지, 스킵, 볼륨 조절 등의 기능을 블루투스 장치를 통해 제어할 수 있도록 해줍니다. AVRCP는 A2DP 프로파일과 함께 사용되어, 고품질 오디오 스트리밍과 동시에 원격 제어 기능을 제공합니다.
  • A2DP (Advanced Audio Distribution Profile): A2DP 프로파일은 고급 오디오 스트리밍을 가능케 합니다. 이 프로파일을 사용하면 스테레오 오디오를 무선으로 전송할 수 있습니다. A2DP는 대부분의 블루투스 스피커 및 헤드폰에서 사용되며, 일반적으로 높은 오디오 품질을 제공합니다. 이 프로파일은 SBC, AAC, aptX 등 다양한 오디오 코덱을 지원하여 다양한 오디오 포맷과 호환성을 보장합니다

코덱과 데이터 전송

Bluetooth Codec Latency

블루투스를 통한 오디오 전송은 주로 압축된 형태로 이루어진다. CD 품질의 음악은 1400Kbps의 높은 비트레이트를 가지기 때문에, 블루투스의 대역폭으로는 이를 그대로 전송할 수 없다. 코덱은 오디오 데이터를 압축하고 전송한 뒤 다시 복원하는 기술로, 이를 통해 블루투스의 제한된 대역폭 내에서 높은 품질의 오디오 전송이 가능해진다. 따라서 음악은 코덱을 통해 압축되어 전송되고, 수신기에서는 이를 다시 압축 해제하여 재생한다.

1. SBC (Sub Band Codec)

  • 종류: SBC는 Bluetooth의 표준 오디오 코덱입니다.
  • 특징:
    • 비트레이트: 최대 345 kbps
    • 음질: 최대 48 kHz, 16비트
    • 레이턴시: 대략 100ms~200ms 사이입니다.
  • 장단점:
    • 장점: 범용성과 호환성이 좋습니다.
    • 단점: 고급 코덱에 비해 낮은 오디오 품질을 가질 수 있습니다.

2. AAC (Advanced Audio Codec)

  • 종류: AAC는 높은 효율성과 품질을 자랑하는 오디오 코덱입니다. 일반적인 AAC 코덱을 블루투스 방식으로 적용한 것입니다. SBC나 aptX와 비슷하거나 더 나은 수준의 음질을 제공합니다.
  • 특징:
    • 비트레이트와 샘플링 레이트: 일반적으로 16비트 48kHz 이하에서 사용됩니다.
    • 전력 소모: 비교적 높습니다.
  • 장단점:
    • 장점: 뛰어난 오디오 품질을 제공합니다.
    • 단점: 상대적으로 높은 전력 소모가 있습니다.

3. aptX

  • 종류: Qualcomm사에서 개발한 오디오 코덱입니다.
  • 특징:
    • 레이턴시: aptX는 저레이턴시를 제공하며, SBC보다 뛰어난 오디오 품질을 제공합니다.
    • 전력 효율: SBC에 비해 저전력을 소모합니다.
  • 사용 예: 젠하이저의 HD250BT 헤드폰은 aptX 코덱을 통해 25시간의 재생 시간을 제공합니다.

4. aptX HD

  • 종류: 이는 aptX의 고해상도 버전입니다.
  • 특징:
    • 음질: 24비트 48kHz에서 동작하며, 고해상도 오디오를 무손실로 전송할 수 있습니다.

5. aptX LL (Low Latency)

  • 종류: 이는 aptX의 저레이턴시 버전입니다.
  • 특징:
    • 레이턴시: 이 코덱은 오디오의 지연 시간을 최대 40ms까지 줄입니다.

6. aptX Adaptive

  • 종류: aptX Adaptive는 사용자의 환경 및 콘텐츠에 따라 동적으로 비트레이트를 조정하는 코덱입니다.
  • 특징:
    • 이 코덱은 다양한 환경에서 안정적인 오디오 연결을 제공합니다.

7. aptX Live

  • 종류: 이는 실시간 오디오 응용 프로그램을 위해 설계된 코덱입니다.
  • 특징:
    • 비트 심도와 샘플링 레이트: 24비트 48kHz에서 동작하며, 1.8ms의 레이턴시를 보장합니다.
  • 사용 예: 젠하이저 XSW-D와 Rode Wireless GO 등에서 사용됩니다.

이러한 다양한 코덱들 각각은 특정 환경, 용도, 장치 호환성에 따라 최적의 성능을 발휘할 수 있다. 사용자는 자신의 필요와 환경에 맞는 적절한 코덱을 선택하여 사용할 수 있다.

블루투스의 클래스와 거리

Bluetooth Class

블루투스 기기의 클래스는 출력과 송수신 거리를 결정한다.

1. Class 1:

  • 최대 출력: 100mW
  • 최대 송수신 거리: 100m
  • 이 클래스는 산업용 기기에 주로 사용되며, 대부분의 모바일 기기나 일반적인 소비자용 기기에서는 사용되지 않습니다. 외부 안테나와 함께 사용될 수 있으며, 고출력으로 인해 많은 에너지를 소비합니다.

2. Class 2:

  • 최대 출력: 2.5mW
  • 최대 송수신 거리: 10m
  • 이 클래스는 일반적인 스마트폰, 헤드셋, 노트북 등 대부분의 블루투스 장치에서 사용되는 클래스입니다. 주변 환경에 따라 실제 통신 거리는 달라질 수 있습니다. 일반적으로 소비자용 기기에 적합하며 에너지 효율적입니다.

3. Class 3:

  • 최대 출력: 1.0mW
  • 최대 송수신 거리: 1m
  • 이 클래스는 매우 제한된 거리에서의 통신이 필요한 특정 기기에서 사용됩니다. 에너지 소비가 매우 적으므로, 배터리 수명이 길다는 장점이 있습니다.

4. Class 4:

  • 최대 출력: 0.5mW
  • 최대 송수신 거리: 50cm
  • 이 클래스는 매우 짧은 거리의 통신이 필요한 장치에서 사용됩니다.

각 클래스의 출력과 통신 거리는 이론적인 최대값이며, 실제 환경에서는 장애물, 전파 간섭, 기기의 안테나 성능 등 다양한 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, Class 2 장치가 실내에서는 10m의 거리를 제공할 수 있지만, 장애물이 많은 환경에서는 실제 통신 거리가 이보다 훨씬 짧아질 수 있다.

블루투스의 발전: Auracast

https://www.bluetooth.com/auracast/

2022년 6월에 블루투스 v5.2가 발표되면서, Auracast라는 새로운 오디오 방식이 소개되었다. 이는 한 블루투스 소스 장치에서 여러 대의 블루투스 수신 장치로 동시에 오디오를 전송할 수 있게 해주는 기술이다. 이로써, 다수의 사용자가 하나의 오디오 소스를 공유할 수 있게 되었다. 예를 들어, 한 대의 스마트폰에서 여러 대의 헤드폰이나 스피커로 음악을 스트리밍할 수 있게 되었다.

사용 사례

블루투스 기술은 다양한 사용 사례를 보여주고 있다. 운동을 할 때 무선 이어폰을 사용하거나, 자동차를 운전할 때 핸즈프리 통화를 할 수 있다. 또한, 스마트 홈 장치를 제어하거나, 헬스 트래킹, 심지어는 게임 컨트롤러 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.