17.02.2014
Neue Technik-Standards
1. Teil: „USB 3.1, SATA 3.2, Ultra HD, MHL 3.0 ...“
USB 3.1, SATA 3.2, Ultra HD, MHL 3.0 ...
Autor: Mark Lubkowitz
USB 3.1 wird doppelt so schnell, USB-PD kann sogar Notebooks aufladen und dank SATA 3.2 werden SSDs endlich nicht mehr ausgebremst. Der Artikel stellt die neuen Technik-Standards vor.
Fast jeder Anschluss an Ihrem PC wird zur Zeit neu definiert. Das reicht von USB 3.1 und USB Power Delivery über HDMI 2.0 bis hin zu SATA 3.2 und PCI Express 3.0.
Der Artikel stellt die neuen Standards vor und sagt, wann sie verfügbar sind.
USB 3.1 – Doppelte Datenrate und neue Kodierung
Gerade erst beginnt sich USB 3.0 durchzusetzen, da präsentiert das USB Implementors Forum, das USB entwickelt, mit USB 3.1 schon ein Update. Das erscheint wegen der Versionsnummer 3.1. eher marginal. Dabei hat es USB 3.1 mit einer Verdoppelung der Datenrate tatsächlich in sich.
Doppelte Datenrate
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USB-3.0-Festplatte: USB 3.1 verdoppelt die Leistung der USB-Schnittstelle von 5 auf 10 GBit/s
Durch die Verdoppelung des Taktes können innerhalb des gleichen Zeitraums doppelt so viele Daten übertragen werden. Die Datenrate steigt dementsprechend von bisher 5000 MBit/s des USB-3.0-Standards auf 10.000 MBit/s. Damit erreicht USB 3.1 die gleiche Geschwindigkeit, die auch Thunderbolt bietet.
Neue Kodierung
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USB im Tempovergleich: Im Vergleich zu USB 1.1 ist der neue Standard 3.1 über 1000-mal schneller. Um 5 GByte Daten zu übertragen, benötigt USB 3.1 nur 4,1 statt 4166,6 Sekunden wie noch USB 1.1
Bisher verwendet USB als Protokoll 8b/10b. Das heißt: Ein Datenpaket, das 10 Bit groß ist, enthält 8 Bit an reinen Daten. Die restlichen 2 Bit dienen lediglich dazu, die Daten zu verpacken und zu adressieren. Das wird Protokoll-Overhead genannt. Die theoretisch maximale Datenrate wird also immer um mindestens den Protokoll-Overhead reduziert und mündet dann in der praktischen Datenrate. Die Effizienz von USB 3.0 und dem Protokoll 8b/10b liegt also nur bei 80 Prozent.
USB 3.0 ist vor allem für externe Speichermedien wie Festplatten interessant.
Bilderstrecke
Der Traum aller USB-Nutzer: Speichersticks so schnell wie eine normale Festplatte, noch mehr Möglichkeiten – und das alles abwärtskompatibel.
USB 3.1 führt das Protokoll 128b/132b ein. Für je 128 Bit Daten fallen dabei nur 4 Bit Protokoll-Overhead an. Die Effizienz liegt bei rund 97 Prozent. Deshalb liegt die praktisch mögliche Datenrate von USB 3.1 durch die Taktverdoppelung nicht bei 8000 MBit/s, sondern sogar bei 9697 MBit/s.
Obwohl der Protokoll-Overhead reduziert wurde, ist USB 3.1 robuster als USB 3.0. Kommt es bei einem Datenpaket etwa zu einem kleinen Übertragungsfehler, dann muss nicht mehr das komplette Datenpaket neu verschickt werden. Das ist insofern wichtig, als die Paketgröße bei USB 3.1 von 10 Bit auf 132 Bit angestiegen ist, also immerhin um mehr als das Dreizehnfache.
Jedes Paket, das neu verschickt wer den muss, drückt die Datenrate deutlich nach unten.
3. Teil: „USB 3.1 – Lange Kabel und neues Logo“
USB 3.1 – Lange Kabel und neues Logo
Kabel dürfen einen Meter lang sein
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USB-3.1-Kabel: Die Stecker bleiben bei USB 3.1 zwar gleich, es werden dennoch neue Kabel benötigt, weil sie speziell geschirmt sein müssen
USB 3.1 beschränkt die Kabellänge hingegen auf einen Meter. Das ist reichlich kurz. Die Stecker werden zwar gleich bleiben, es werden dennoch neue Kabel benötigt, weil die einzelnen Leitungen des USB-Kabels speziell geschirmt sein müssen.
Immerhin: USB 3.1 ist vollständig kompatibel zu allen Geräten, Protokol len und Software, die bereits mit USB 3.0 und USB 2.0 funktionieren.
Die Limitierung auf einen Meter gilt aber nur für passive Kabel. Kommt ein aktives Kabel zum Einsatz, in dem ein Repeater-Modul steckt, dann dürfen die Kabel auch länger sein. Solche aktiven Kabel sind bereits Voraussetzung bei Thunderbolt. Weil die Module auf die physischen Gegebenheiten des Kabels kalibriert werden müssen, sind die Preise für solche Kabel entsprechend hoch.
Logo leicht verändert
Um Geräte, die bereits USB 3.1 beherrschen, leichter erkennen zu können, wird es auch ein etwas verändertes Logo geben. Das bisher bekannte Logo für USB 3.0 mit dem Schriftzug „Superspeed“ wird um den Zusatz „10Gpbs“ erweitert. Der Zusatz steht für die doppelt so hohe Datenrate von 10 GBit/s.
Frühestens Ende 2014
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USB-3.1-Logo: Das Logo und der Hinweis „Superspeed“ bleiben bei USB 3.1 erhalten, es kommt aber der Zusatz „10 Gbps“ hinzu
Auch Intel plant, USB 3.1 erst relativ spät in die eigene Prozessorfamilie zu integrieren. So wird der Haswell-Nachfolger Broadwell USB 3.1 nicht direkt unterstützen. Das gilt wahrscheinlich auch noch für dessen Nachfolger Skylake. Es lohnt sich also derzeit nicht, bei Neuanschaffungen auch USB 3.1 im Auge zu behalten.
USB Power Delivery – Laden über den USB-Anschluss
Derzeit zeichnet sich neben USB 3.1 ein weiterer USB-Standard ab: USB Power Delivery oder kurz USB-PD. Der Standard soll die Stromübertragung per USB vereinheitlichen und die maximal abrufbare Leistung auf das 50-fache erhöhen. Damit ließen sich sogar Notebooks per USB aufladen.
4,5 Watt bei USB 3.0
Zwar kann die USB-Schnittstelle seit jeher angeschlossene Geräte mit Strom versorgen, die übertragene Leistung ist aber recht gering. Sie reicht aus, um eine Maus oder einen USB-Stick mit Energie zu versorgen und zu betreiben. Für Festplatten genügt die Leistung hingegen meist nicht und es muss mit Y-Kabeln getrickst werden.
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Logos für USB-PD: Die Logos haben die Form einer Batterie. Das Logo links ist für USB 2.0, das Logo rechts für USB 3.0 und 3.1
USB 2.0 liefert nur 2 Watt, USB 3.0 immerhin 4,5 Watt. Das reicht aus, um ein Smartphone innerhalb von ein paar Stunden aufzuladen.
Das Netzteil eines Apple iPads liefert sogar 11 Watt und es dauert trotzdem mehrere Stunden, um ein iPad vollständig aufzuladen.
Fünf Profile
Der Standard USB Power Delivery sieht in mehreren Stufen Leistungen bis 100 Watt vor.
Insgesamt sind fünf Profile geplant. Das erste Profil liefert bis zu 10 Watt und funktioniert mit allen bisher verfügbaren USB-Kabeln.
Die Profile 2, 3 und 4 liefern bis zu 18, 36 und 60 Watt. Sie setzen spezielle PD-Kabel voraus. Diese Leistungsprofile werden noch von sämtlichen Steckertypen verkraftet, auch vom Micro-USB-Stecker.
Das Profil 5 ist sogar für 100 Watt Leistung vorgesehen. Das reicht aus, um mehrere externe Festplatten zu betreiben oder ein Notebook aufzuladen. Als USB-Stecker kommen nur noch die des Typs A oder B infrage. Auch hier müssen PD-Kabel für die Verbindung verwendet werden.
USB Power Delivery ist nicht an den USB-3.1-Standard gebunden, sondern ein eigener Standard und deshalb auch mit USB 2.0 möglich.
Dass ein Gerät zu USB-PD kompatibel ist, soll an einem Logo erkennbar sein – einer Batterie mit dem USB-Logo. Frühestens 2014 wird es entsprechend gekennzeichnete Geräte geben.
USB-AV – Audio & Video über USB
Als gäbe es nicht schon genügend Möglichkeiten, Bild- und Tonsignale von einem PC zu einem Monitor oder Fernseher zu übertragen, gesellt sich mit USB-AV ein weiterer hinzu.
Konkurrenz zu HDMI
USB-AV soll Audio- und Videosignaleper USB-Kabel an ein Wiedergabegerät übertragen können.
Die Übertragung erfolgt dabei unkomprimiert. Während alle bisherigen Standards wie HDMI und Displayport ihre Bild- und Tonsignale nur in eine Richtung transportieren können, soll USB-AV eine bidirektionale Kommunikation erlauben. Aus einem Abspieler könnte somit auch ein Empfänger werden, ohne dass man ein zusätzliches Kabel anschließen oder ein vorhandenes umstecken müsste.
Interessant wäre das für Fernsehgeräte, an die eine externe Festplatte per USB angeschlossen wird. Der Fernseher könnte sowohl Filme wiedergeben, die auf der Festplatte gespeichert sind, als auch Filme über die eigene Empfangseinheit aufnehmen und auf der Festplatte speichern.
Zudem lassen sich Geräte per USB mit Strom versorgen und sogar auflasen. Auch das können HDMI und Displayport nicht.
Zwei Probleme
Ein Problem ergibt sich beim Kopierschutz. USB-AV unterstützt derzeit noch kein HDCP. Das ist aber Voraussetzung, damit auf Blu-ray gespeicherte Filme auf einem Fernseher wiedergegeben werden können. Ohne HDCP müssten der Abspieler und das Anzeigegerät die Wiedergabe verweigern.
Das zweite Problem ist die geringe Bandbreite. Ohne Komprimierung der Daten reicht die Bandbreite von USB 3.0 gerade so aus, um ein Full-HD-Bild mit 1920 x 1080 Pixeln Auflösung und 60 Bildern pro Sekunde wiederzugeben. Zum Spielen und um Filme zu gucken genügt das.
Höhere Auflösungen, etwa QFHD oder 4K, lassen sich mit USB-AV und USB 3.0 hingegen nicht übertragen. Dazu müsste es schon USB 3.1 mit seiner Bandbreite von 10 GBit/s sein. Dann lägen HDMI 1.4 und USB 3.1 mit USB-AV bei der Bandbreite aber auf Augenhöhe.
HDMI 2.0 – 18 GBit/s Übertragungsrate
Was vor ein paar Jahren noch als extrem hochauflösendes Format galt, wird in wenigen Jahren ein alter Hut sein. Die Rede ist von Full HD mit 1920 x 1080 Pixeln Auflösung. Ultra HD und 4K stehen bereits in den Startlöchern. Um die hohe Pixelzahl dieser neuen Auflösung übertragen zu können, ist bereits jetzt HDMI 2.0 verfügbar.
18 GBit/s Datenrate
Bis Anfang September 2013 war der HDMI-Standard 1.4 aktuell. Er sah eine Bandbreite von 10,2 GBit/s vor. Das ist so schnell wie USB 3.1 und Thunderbolt und reicht vollkommen aus, um ein Videosignal in Full HD mit 60 Bildern pro Sekunde zu übertragen.
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HDMI-Kabel: Für HDMI 2.0 werden weder neue Stecker noch neue Kabel benötigt. Die Kabel sollten aber gut verarbeitet sein. Vergoldete Kontakte sind nicht nötig
Gegen Displayport setzt das HDMI-Konsortium, bestehend aus 88 Unternehmen der Unterhaltungsbranche, den neuen Standard HDMI 2.0.
Bei HDMI 2.0 wurde die Bandbreite auf 18 GBit/s erhöht, also nahezu verdoppelt. Wie bei USB 3.1 wurde dazu der Signaltakt erhöht. Statt mit 340 MHz wird das Signal nun mit 600 MHz übertragen. Das ergibt exakt die erhöhte Bandbreite von 18 GBit/s.
Die höhere Bandbreite von HDMI 2.0 reicht nun aus, um 4K-Videos mit 60 Bil dern pro Sekunde und dabei parallel 32 Audiokanäle zu übertragen.
Keine neuen Kabel oder Stecker
Für HDMI 2.0 sind keine neuen Kabel oder Stecker notwendig. Damit der auf 600 MHz angehobene Signaltakt sauber übertragen wird, sollten die Kabel allerdings qualitativ hochwertig sein.
Bei Kabeln von geringer Qualität oder Kabeln, die zu lang sind, kann es unter Umständen zu Verbindungsproblemen kommen.
Cinemascope
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Cinemascope: HDMI unterstützt in Version 2.0 das Cinemascope-Format, das eine Aufl ösung von 21:9 hat, wie dieser Monitor von LG
Das gehört mit HDMI 2.0 der Vergan genheit an. Das Cinemascope-Bild muss nicht mehr in das 16:9-Format gequetscht werden und kann seine maximale Auflösung ohne Pixelverlust beibehalten.
Software-Update ist ein Trick
Bereits jetzt geben manche Hersteller an, dass sich ihre Geräte per Software-Update auf HDMI 2.0 aktualisieren lassen. Das bedeutet allerdings nicht, dass der HDMI-Chip, der das Signal kodiert und dekodiert, auch tatsächlich die volle Bandbreite unterstützt. Immerhin wurde der Signaltakt mit HDMI 2.0 von 340 auf 600 MHz angehoben.
Unter Umständen kann es sein, dass weiterhin nur 10,2 GBit/s möglich sind und das Ultra-HD-Bild heruntergerechnet wird, etwa durch Reduzierung der Farbinformationen. Das führt dann bei Farbverläufen zu Stufenbildung.
Nur weil ein Gerät HDMI 2.0 unterstützt, heißt es nicht, dass es auch Videos in Ultra-HD-Auflösung wiedergibt. Um die Spezifikation von HDMI 2.0 zu erfüllen, muss es lediglich Filme mit 480 Zeilen darstellen können.
Ultra HD – Nachfolger von HD Ready und Full HD
Ultra HD ist der direkte Nachfolger von HD und seinen beiden Auflösungen HD Ready und Full HD. Ultra HD sieht Auflösungen bis 7680 x 4320 Pixel vor, also die sechzehnfache Auflösung von Full HD.
4K und 8K
Ultra HD teilt sich, wie bereits HD, in zwei verschiedene Auflösungen auf, einerseits das bereits erwähnte 4K, andererseits das noch deutlich höher auflösende 8K.
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Auflösungsvergleich: Full HD mit einer Auflösung von 1920 x 1080 Pixeln hat nur ein Viertel der Auflösung von 4K Ultra HD und nur ein Sechzehntel der Auflösung von 8K Ultra HD
Hinzu kommt 8K, das 7680 x 4320 Pixel auflöst. Es ist viermal so breit wie Full HD und entsprechend viermal so hoch. Das ergibt gegenüber Full HD die sechzehnfache Auflösung.
Insgesamt gibt es bei der Namensgebung noch keinen einheitlichen Standard. Die Internationale Telekommunikationsunion, kurz ITU, bevorzugt die Bezeichnung Ultra HD für alle Auflösungen ab 4K und höher.
Kaum Inhalte
Noch gibt es kaum Inhalte für Ultra HD. Das liegt unter anderem auch daran, dass Blu-rays nicht genügend Kapazität für einen Spielfilm in 4K-Auflösung bieten und somit einfach passende Transportmedien fehlen. Blu-ray-Player, die angeblich 4K-Filme wiedergeben können, rechnen stattdessen das Full-HD-Material der Blu-ray auf eine Ultra-HD-Auflösung hoch. Die Qualität soll zwar besser sein, sie liegt aber weit unter dem, was tatsächlich möglich ist.
Streaming-Portale, die Ultra-HD-Inhalte über das Internet liefern könnten, sind zwar bereits angekündigt, die Dienste selbst sind aber noch nicht verfügbar. Einige Fernsehanstalten experimentieren bereits mit Übertragungen in 4K-Auflösung.
SATA 3.2 – Optimierungen für SSDs und SSHDs
Schon vor Jahren hat SATA den alten IDE-Standard zum Anschließen von Laufwerken abgelöst. Jetzt wurde SATA 3.2 spezifiziert. Der neue Standard erhöht die Bandbreite der Schnittstelle um mehr als das Zweieinhalbfache, verbessert die Ansteuerung von SSHDs, führt einen neuen Stecker ein und ist extrem stromsparend.
SATA Express
Bislang ließen sich theoretisch bis zu 6 GBit/s Daten über einen SATA-Anschluss übertragen. Eine Leistung, die normale Festplatten bei Weitem nicht erreichen, die allerdings für eine SSD zum Flaschenhals werden kann. Für noch höhere Datenraten führt SATA 3.2 den neuen Anschluss SATA Express ein.
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SATA-Schnittstelle: Bislang werden SSDs an SATA-III-Schnittstellen (rot) angeschlossen. Die schaffen aber höchstens 600 MByte/s und bremsen moderne SSDs aus
PCI Express verbindet normalerweise nur Erweiterungskarten wie Grafik- und Soundkarten mit dem Prozessor. Derzeit erreicht PCI Express Datenraten bis zu 16 GBit/s. Das ist weit mehr als zweieinhalbmal so schnell wie SATA III. Rein rechnerisch sind damit theoretische Datenraten bis 2 GByte/s und praktische Datenraten bis 1,6 GByte/s möglich. SATA III limitiert die Datenraten auf 600 MByte/s.
Mehr zu PCI Express lesen Sie im Abschnitt „PCI-Express 3.0“.
Intel wird SATA Express erst mit Broadwell unterstützen. Das ist der direkte Nachfolger zur derzeit aktuellen Haswell-Generation.
Bilderstrecke
SSDs sollen die klassischen Festplatten ersetzen. Wir erklären, was hinter dieser Technologie steckt.
Neuer Stecker für SATA Express
Ohne neue Stecker ist SATA Express aber nicht möglich. Bisher kommt ein schmaler Stecker zum Einsatz, der den SATA-Anschluss des Mainboards mit dem Laufwerk verbindet. SATA Express führt einen neuen, deutlich breiteren Stecker ein.
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SATA Express: SATA-Express-Buchsen sind abwärtskompatibel. Entweder lassen sich neue SATA-Express-Stecker einstecken oder bis zu zwei herkömmliche SATA-SteckerQuelle: www.sata-io.org
An einer neuen SATA-Express-Buchse lässt sich deshalb entweder ein SATA-Express-Laufwerk mit dem neu en SATA-Express-Stecker anschließen oder es lassen sich zwei alte SATA-Laufwerke mit den herkömmlichen SATA-Steckern anschließen.
Optimierungen für SSD und SSHD
SATA 3.2 wurde für SSDs und SSHDs – Hybridlaufwerke mit Magnet- und Flash-Speicher – optimiert.
SATA ist künftig nicht mehr auf das AHCI-Protokoll beschränkt, sondern kann auch NVME zur Kommunikation mit den Laufwerken nutzen.
NVME, Non-Volatile Memory Ex press, verringert die Latenzzeiten beim Ansprechen von SSDs. Das setzt voraus, dass Hardware und Software NVME beherrschen.
Zudem reduziert eine neue Schlaffunktion den Energiebedarf von SSDs im Leerlauf so stark, dass sie quasi keinen Strom mehr benötigen. Das Laufwerk wird dabei nicht abgeschaltet und ist sofort ansprechbar. Dahinter stecken die Techniken Transitional Energy Reporting und Devsleep.
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M.2: Der neue Formfaktor für SSDs namens M.2 ist vor allem für Ultrabooks und Tablets gedacht. Die SSDs sind nur 80 Millimeter lang und 22 Millimeter schmal
Neuer Formfaktor M.2
Die Entwickler von SATA 3.2 haben auch Ultrabooks und Tablets berücksichtigt. Vor allem Tablets sind meist extrem kompakt gebaut. Hier kommt es auf jeden Millimeter an. Deshalb führt SATA 3.2 den neuen Formfaktor M.2 für SSDs ein.
SSDs im M.2-Formfaktor setzen PCI Express als Anschluss voraus. Die Laufwerke sind 80 Millimeter lang und 22 Millimeter breit.
Um noch mehr Platz einsparen zu können, gibt es mit USM Slim neue, kleinere Stecker für SATA. Sie sollen vor allem den Anschluss von SSDs vereinfachen.
MHL 3.0 – Verbindung zu Mobilgeräten
MHL ist die Kurzform von Mobile High-Definition Link – hochauflösende Verbindung für Mobilgeräte. Dank MHL lassen sich Smartphones mit einem Fernseher verbinden und Filme in HD-Qualität abspielen.
Was ist MHL?
MHL ist eine Schnittstelle für Mobilgeräte, um vor allem Videos auf Monitoren und Fernsehern wiedergeben zu können. So wird aus einem Smartphone oder Tablet ein mobiles Abspielgerät für Filme in Full HD.
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MHL: MHL steht für Mobile High-Definition Link. Der Anschluss-Standard überträgt Bild und Ton vom Smartphone und lädt es gleichzeitig auf
MHL kann also über jede beliebige Schnittstelle übertragen werden, auch über USB- oder HDMI-Anschlüsse. Die Smartphone-Hersteller müssen folglich nur die Micro-USB-Schnittstelle mit einer Unterstützung für MHL versehen, für die Hersteller von Fernsehgeräten oder Monitoren gilt das Gleiche hinsichtlich der HDMI-Schnittstelle. Dann lassen sich mit einem speziellen MHL-Kabel, das einen Micro-USB- und einen HDMI-Stecker hat, MHL-fähige Smartphones und Monitore miteinander verbinden. Sollte der Fernseher am HDMI-Eingang kein MHL unterstützen, gibt es passende MHL-Adapter.
Ein MHL-Anschluss kann das angeschlossene Geräte sogar mit Strom versorgen und per HDMI-CEC – CEC steht für Consumer Electronics Control – lassen sich die Smartphones zudem mit der Fernbedienung des Fernsehers steuern.
Ultra HD
Bislang übertrug MHL ein unkomprimiertes Videosignal mit 1080 Zeilen Auflösung, also Full HD. Mit Version 3 können per MHL auch 4K-Videos abgespielt werden, bis zu einer Auflösung von 3840 x 2160 Pixeln bei 30 Bildern pro Sekunde. Damit springt man also auch bei dieser Schnittstelle, wie schon mit HDMI 2.0, auf den Ultra-HD-Zug auf, unterstützt allerdings nicht die maximale Bildrate von 60 Bildern pro Sekunde.
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Samsung Galaxy S4: Damit am Smartphone keine zusätzlichen Anschlüsse untergebracht werden müssen, lässt sich eine MHL-Verbindung sowohl per HDMI als auch per USB herstellen
Interessant wird es hingegen bei Fotos. Die im Apple iPhone 5S integrierte Kamera erreicht eine Auflösung von 8 Megapixeln, das entspricht der Ultra-HD-Auflösung. Digitale Spiegelreflexkameras liefern mit 15 Megapixeln und mehr noch höherer Auflösungen. Zur Wiedergabe von ultrahochauflösenden Bildern ist MHL 3.0 also bestens geeignet.
Damit die Richtlinien der Medienproduzenten erfüllt werden, ist MHL 3.0 zum Kopierschutz HDCP 2.2 vollständig kompatibel. Andernfalls müsste die Wiedergabe von mit DRM geschütztem Material durch die Fernsehgeräte verweigert werden.
Smartphone lädt Smartphone
In einem MHL-Kabel sind mehr Adern enthalten, als für die Datenübertragung von Bild und Ton notwendig sind. Über die restlichen Adern lässt sich das Smartphone während der Übertragung deshalb mit Strom versorgen.
Bis zu 10 Watt sind dabei laut MHL vorgesehen. Das reicht bequem aus, um ein Smartphone oder Tablet während der Wiedergabe aufzuladen. Der Filmgenuss würde also nicht an einem leergespielten Akku scheitern. Theoretisch könnte sogar ein Smartphone ein anderes aufladen.
Gerätevernetzung im Fahrzeug
Zu MHL gehört auch ein Protokoll namens RCP zur Fernbedienung anderer Geräte. So könnte ein MHL-kompatibles Smartphone etwa als Ersatzbildschirm eines Navigationsgeräts oder der Stereoanlage dienen. Gleichzeitig würde das Smartphone das Navigationsgerät und die Stereoanlage über den Touchscreen fernsteuern.
Bluetooth 4.0 – Ziel: Strom sparen
Bluetooth 4.0 wurde im Juli 2010 verabschiedet, es hat aber lange gedauert, ehe erste Chips mit Unterstützung des Standards erhältlich waren und diese überhaupt in Geräten verbaut wurden. Vor allem der Energiebedarf wurde mit Bluetooth 4.0 gesenkt.
Ziel: Strom sparen
Der Leitgedanke bei der Entwicklung von Bluetooth 4.0 ist das Stromsparen. Bluetooth soll künftig nicht nur in elektronischen Geräten wie Computern, Notebooks, Tablets und Smartphones verwendet werden, sondern nach der Vor stellung der Bluetooth-Entwickler auch in Pulsgurten, Blutdruckmessgeräten oder Zahnbürsten.
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Brustgurt von Polar: Dieser Pulsgurt von Polar misst die Herzfrequenz und funkt die Daten per Bluetooth 4.0 an einen Empfänger, etwa ein Smartphone mit passender App
Als Grenzwert für die Stromaufnahme wurden 15 mA definiert. Mehr darf ein Gerät nicht verbrauchen, um mit Bluetooth 4.0 konform zu gehen. Das ist so wenig, dass eine Knopfzelle ausreichen würde, damit das Gerät per Bluetooth funken kann.
Damit gibt Bluetooth eines seiner Alleinstellungsmerkmale auf, die es gegenüber NFC und WLAN hatte, nämlich Peripheriegeräte auf mittlere Distanz kontinuierlich mit dem PC zu verbinden. Während NFC sich für extrem kurze Kommunikationsdistanzen anbietet, deckt WLAN eine hohe Reichweite und Datenrate ab.
Bilderstrecke
Moderne Smartphones und Tablet-PCs haben die NFC-Technik längst eingebaut. Mit ihr bezahlen Sie zum Beispiel im Supermarkt oder tauschen Visitenkarten.
Aufwachen und wieder einschlafen
Das Anwendungsfeld von Bluetooth ist mit Version 4.0 deutlich kleiner geworden. Bisher wurden vor allem Maus, Tastatur und Headset per Bluetooth mit mobilen Geräten oder dem PC verbunden. Das ist mit der neuen Version von Bluetooth nicht mehr möglich und auch nicht vorgesehen.
Denn es geht nicht um den Dateiaustausch oder die Sprachübertragung, sondern um die extrem kurze Übermittlung weniger Informationen. Dazu schlummern die Geräte in einem sehr sparsamen Tiefschlaf. Sie wachen dann immer nur kurz auf, um die gewünschten Informationen zu übertragen und schalten sofort in die Tiefschlafphase zurück. Es dauert gerade einmal drei Millisekunden, bis die Geräte aufgewacht sind und die Verbindung hergestellt ist. Die anschließende Datenübertragung erfolgt dann aber mit schnellen 1 MBit/s.
11. Teil: „Bluetooth 4.0 – Kanalbündelung und viele verschiedene Protokolle“
Bluetooth 4.0 – Kanalbündelung und viele verschiedene Protokolle
Kanalbündelung
Die hohe Datenrate erreicht Bluetooth 4.0 nicht durch einen Frequenzwechsel. Es wird weiterhin das freie 2,4-GHz-Band genutzt, das auch von Schnurlostelefonen oder WLAN verwendet wird. Stattdessen bündelt Bluetooth 4.0 insgesamt 40 Funkkanäle. Drei Kanäle werden für den Verbindungsaufbau genutzt, die restlichen 37 für den parallelisierten Datenaustausch.
Inkompatibel
Vor allem kleine Alltagsgeräte wie Pulsuhren, Schrittzähler, Blutdruckmessgeräte, GPS-Geräte oder auch Zahnbürsten sollen per Bluetooth 4.0 stromsparend funkvernetzt werden. Dafür nehmen die Entwickler des Bluetooth-Standards die Inkompatibilität zu vorherigen Versionen von Bluetooth in Kauf. Das heißt: Unterstützt ein Gerät Bluetooth 4.0, dann bedeutet das nicht automatisch, dass es auch mit älteren Bluetooth-Geräten kommunizieren kann.
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Bluetooth-Logos: Der Namenszusatz „Smart“ bedeutet, dass das Gerät nur zu Bluetooth 4.0 kompatibel ist. Geräte mit „Smart Ready“ verstehen hingegen auch die alten Bluetooth-Standards
Trägt ein Bluetooth-Gerät den Namenszusatz „Smart Ready“, dann unterstützt es die aktuelle Version 4.0 des Bluetooth-Standards, kann aber auch mit Geräten kommunizieren, die nur eine ältere Version des Bluetooth-Standards beherrschen. Bei Notebooks, Ta blets, Smartphones, PCs, Headsets und Eingabegeräten sollte man daher unbedingt darauf achten, dass die Geräte mit Bluetooth Smart Ready gekennzeichnet sind.
Trägt das Gerät dagegen nur die Bezeichnung Bluetooth Smart – ohne Ready –, dann beherrscht dieses Gerät auch nur die neue Version 4.0 des Bluetooth-Standards. Mit älteren Geräten, die den sparsamen Betrieb nicht unterstützen, ist eine Kommunikation nicht möglich.
Viele verschiedene Protokolle
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Apple iPhone 4S: Das iPhone 4S war das erste und lange Zeit das einzige Smartphone, das sowohl Bluetooth 4.0 als auch die Vorgängerversionen von Bluetooth unterstützte
Es gibt Profile, um Tastaturen oder Headsets per Bluetooth anzubinden, um Musik auf das Autoradio zu übertragen oder Bilder zwischen zwei Geräten auszutauschen. Beherrscht eines der Geräte das benötigte Profil nicht, dann kann die entsprechende Funktion auch nicht genutzt werden.
Die Profile sind aber nicht von der Hardware vorgegeben. So lassen sich für die unterschiedlichsten Aufgaben beliebige neue Profile entwickeln und definieren. Haben Sie beispielsweise einen Pulsgurt, dann benötigen Sie ein Smartphone, das mit Bluetooth 4.0 ausgestattet ist, und außerdem eine App, die dasselbe Profil beherrscht wie der Pulsgurt. Anschließend könnten Sie Ihren Puls mit dem Smartphone protokollieren.
Windows 8, Android 4.3
Bluetooth 4.0 hat sich nur sehr langsam verbreitet. Mit Ausnahme des Apple iPhone 4S, das bereits im Oktober 2011 erschien, gab es lange keine zu Bluetooth 4.0 und dem stromsparenden Funkmodus kompatiblen Smartphones. Somit setzte sich auch das passende Zubehör nur schleppend durch.
Power-LAN AV2 – 600 MBit/s mit Hilfe der Masseleitung
Devolo und Netgear haben die Geschwindigkeit ihrer Power-LAN-Adapter stabilisiert, indem sie fortan alle drei zur Verfügung stehenden Adern eines Stromkabels verwenden, um die Daten zu übertragen. Das soll die praktischen Datenraten erhöhen.
Entsprechende Geräte von Netgear und Devolo sind bereits im Handel erhältlich.
Homeplug AV2
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Steckdose: Die neuen Power-LAN-Adapter nutzen auch die Masseleitung. Sie ist mit den Federn oben und unten in der Steckdose verbunden
Der Trick ist, dass die neuen Power-LAN-Adapter, die derzeit sowohl von Devolo als auch von Netgear angeboten werden, nun alle drei Leitungen des Stromkabels nutzen. Bisher haben Power-LAN-Adapter nämlich nur die Phase und den Null-Leiter verwendet. Künftig kann auch die Masseleitung – die Erde – für die Datenübertragung genutzt werden. Die Power-LAN-Adapter suchen sich dabei automatisch die beiden Adern der Stromleitung heraus, die am wenigsten von Störeinflüssen betroffen sind.
Devolo beziffert die Leistungssteigerung, die durch den Wechsel auf drei Leitungen erzielt wird, auf 30 bis 50 Prozent, bezogen auf die Nettodatenraten.
PCI Express 3.0 – Fast doppelt so hohe Datenraten
PCI Express ist in PCs die interne Schnittstelle für Erweiterungskarten. Die dritte Version von PCI Express erschien bereits 2012.
Fast doppelt so hohe Datenrate
Mit Version 3.0 wurde die Datenrate des PCI-Express-Busses nahezu verdoppelt. Lag bei PCI Express 2.0 die maximale Datenrate noch bei 16.000 MByte/s, so sind es beim Nachfolger 31.508 MByte/s. Diese hohe Datenrate steht aber nur zur Verfügung, wenn die Erweiterungskarte mit 32 Lanes angebunden wurde.
Die Anstieg der Datenrate wird bei PCI Express 3.0 aber nicht durch eine Verdoppelung der Taktfrequenz erreicht. Denn der Takt wurde im Vergleich zu PCI Express 2.0 nur von 2,5 auf 4,0 GHz angehoben. Das würde rechnerisch nur für 25.600 MByte/s reichen.
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PCI Express: Die roten Steckplätze nach PCI Express 3.0 sind mit 16 Datenkanälen (Lanes) am Prozessor angebunden. Sie bieten damit die maximale Bandbreite für Grafikkarten
Geringere Latenz
Weitere Optimierungen im Protokoll haben zudem die Latenzzeiten reduziert, also die Zeit, die verstreicht, ehe eine Reaktion von einem per PCI Express verbundenen Gerät kommt.
Voraussetzung für PCI Express 3.0 ist, dass die Erweiterungskarte, das Mainboard und auch der Prozessor mit der neuen Version umgehen können.
Bei Intel ist PCI Express 3.0 seit der Ivy-Bridge-Generation in den Chipsatz und den Prozessor integriert, also in jede seit Herbst 2012 gekauften Rechner. Bei AMD hält sich die Integration von PCI Express 3.0 in die Prozessoren aber noch deutlich in Grenzen.
Trotz aller Änderungen ist PCI Express 3.0 abwärtskompatibel. Haben Sie etwa eine Grafikkarte, die nur PCI Express 2.0 unterstützt, der Prozessor und das Mainboard beherrschen aber PCI Express 3.0, dann lässt sich die Grafikkarte dennoch verwenden. Die Geräte einigen sich dann darauf, den größten gemeinsamen Standard zu verwenden, also PCI Express 2.0.
Letzte Hürde genommen
USB-C kommt als einheitlicher Ladestandard
Nach dem Bundestag hat auch der Bundesrat einer EU-Richtlinie zugestimmt, die USB-C als einheitlichen Anschluss zum Laden von Elektrogeräten festlegt.
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Autohersteller
Erstes Smartphone von Polestar
Autohersteller Polestar hat in China sein erstes Smartphone vorgestellt, das vor allem gut mit den Fahrzeugen des Herstellers zusammenarbeiten soll.
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1.500 Händler bei der AVM-Roadshow
Der Fokus der Solution Tour 2024 von AVM lag auf den Themen Glasfaser, Wi-Fi 7 und Smart Home, und mehr als 1.500 Handelspartner folgten der Einladung des Herstellers an die insgesamt 10 Standorte in Deutschland.
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Ohne Nokia
HMD zeigt erste Smartphones mit der eigenen Marke
Mit den drei neuen Pulse-Modellen bringt HMD seine ersten Smartphones auf den Markt, die nicht mehr unter der Lizenz von Nokia vermarktet werden.
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