HackRF One SDR 1 – 6000 MHz

HackRF One on RF-ga seotud katsete ja mõõtmiste jaoks mõeldud testimisseade, mis katab sagedusvahemiku 1–6000 MHz. Seda kasutatakse katsete ja mõõtmiste seadistamiseks avatud lähtekoodiga programmide abil SDR-ide jaoks, raadioside ja amatöörraadio mõõtmiste jaoks oma tarkvara arendamiseks. Riistvara on arendanud Michael Ossmann (USA) avatud lähtekoodiga seadmena, mida toetas tugev Kickstarteri rahastamisprojekt. Nüüd müüakse seda ka kommertstoodetena.

Süsteem katab laia sagedusvahemiku 1–6000 MHz ja hõlmab paljusid litsentsitud ja litsentsimata ning amatöörraadiosagedusi. Riistvara pakub maksimaalset näidiste võtmise kiirust 20 MS/s, mis on piisav isegi laiaribaliste signaalide mõõtmiseks, nagu WFM, DECT, Wifi jt. ADC töötab 8-bitise andmete laiusega ja pakub dünaamilist ulatust 48 dB. Digiteeritud I/Q andmeid töötleb Xilinx CPLD ja integreeritud ARM Cortex protsessor. Disaini ja komponentide valiku tõttu toetab seade ainult pooldupleksrežiimi.

Kogu vooluring on projekteeritud madala energiatarbimisega, toide toimub ainult USB-kaabli kaudu. Plaadil on Micro-B USB-pistik, sobiv kaabel on kaasas. Mitme HackRF One plaadi sünkroniseerimiseks pakub süsteem ühendusi kella sisendiks ja väljundiks. Neid signaale saab kasutada mitme plaadi paralleelseks kasutamiseks, näiteks MIMO-süsteemide või täisduplekssüsteemide mõõtmiseks. Lihtsaks kasutamiseks on olemas kaks nupuvajutust ja mitu diagnostilist LED-i.

PCB on professionaalselt valmistatud 4 kihiga. Kõik komponendid on SMD-osad. Oma riistvara arendamise ja laiendamise toetamiseks on paljud signaalid kättesaadavad hüppepistikupesadel. Need pistikud pakuvad GPIO-pinne ning CPLD-st pärit parameetrite sisend- ja väljundsignaale. JTAG-pistikku saab kasutada ARM Cortex-protsessori programmeerimiseks.

HackRF One vooluahela kirjeldus

Palun vaadake esikülje plokkskeemi. HackRF One plaadi iseloomulikuks omaduseks on väga suur paindlikkus signaalitee valikul. Kõikides kriitilistes ühenduspunktides asuvad RF-lülitid võimaldavad valida erinevaid komponente vastavalt kasutaja programmeerimisele.

Antenni sisendi järel on kaks MGA-81 GaAs MMIC võimendit, üks teenindab sisendit, teine väljundit. Võimendite IC-sid saab RF-lülititega (SKY13317) signaalitee sisse ja välja lülitada.

Võimendiblokile järgneb madalpääs- ja kõrgpääsfiltrid, mida saab kasutada signaali piiramiseks mõlemas tees (sisend/väljund). Pärast filtrit jõuab signaal RF mikserisse RFFC 5072. Seda mikserit saab kasutada kuni 6 GHz. Signaal segatakse üles või alla, sõltuvalt kasutaja programmeerimisest, ja suunatakse lõpuks põhiribavõrgu lülitusse. Mikserit ja filtreid saab ümbersuunata täiendavate RF lülititega, mis võimaldavad IF signaale suunata otse võimenditesse või otse antenni.

Põhiriba kiibina kasutatakse Maxim MAX2837 komponenti, mis katab sagedusvahemiku 2,3 kuni 2,7 GHz. Kiip kasutab monoliitseid filtreid, mis tagavad väga lineaarsed signaalid ja madala müra. IQ andmed edastatakse seejärel ADC/DAC kiibile Maxim MAX5864. Nii ADC kui ka DAC kasutavad 8-bitist resolutsiooni. Need muundurid toetavad maksimaalset proovivõtusagedust 20 MS/s. Digitaalsignaalid edastatakse lõpuks Xilinx XC2C CPLD-le. Kogu süsteemi ja kõiki liideseid juhib võimas ARM Dual Core Cortex protsessor (NXP LPC4320). Plaat toetab lisaks 1 MB välkmälu.

HackRF One plaadi tarkvara

Praegu (sügis 2014) töötab HackRF One plaadi tarkvara ‚SDR-Radio‘, ‚GNU Radio‘ ja ‚SDR#‘´ (SDR Sharp) abil. Kuna projekt on avatud lähtekoodiga ja litsentsitasuta, võivad teised tarkvaraprojektid igal ajal liituda. Mitmed autorid on juba teatanud oma toetusest HackRF One´ile. Ajakohane teave tarkvara kohta on tootja Wiki veebilehel.

18. august 2014: Nüüd toetab tarkvara SDR-Radio autorilt Simon Brown HackRF plaati (alates versioonist 2.x).

18. august 2014: Siin on esimene ülevaade HackRF One´ist koos SDR#-ga autorilt rtl-sdr.com.

Viited HackRF One kohta:

• Michael Ossmanni uus videosari Sissejuhatus SDR-i (inglise keeles)
• Tootja veebisait, Great Scott Gadgets
• Projekti Wiki Githubis Siit leiate allalaadimiseks ajakohase püsivara.
• HackRF-i esitlus GRCon 12-l (video, inglise keeles)
HackRF-i olevik ja tulevik NYU CSAW 13-l (video, inglise keeles)
• Esialgne Kickstarteri projekt
• Lühike HackRF ülevaade Saksamaal c´t Hacks (Heise)
• RF Analyzer – Androidi rakendus HackRF-ile (inglise keeles)

Mida HackRF One ei ole!

Aeg-ajalt kuuleme pettunud klientide tagasisidet, kes tagastavad HackRF One´i, kuna nad ootasid midagi hoopis muud. Et seda tulevikus vältida, soovime selgitada mõningaid levinud väärarusaamu.

• HackRF One ei ole amatöörraadio! HackRF One on saatja ja vastuvõtja SDR, mis on mõeldud eksperimenteerimiseks. See aitab tuhandetel üliõpilastel, häkkeritel, harrastajatele, kogenud raadioamatööridel ja teadlastel testida uusi raadioside teid ja oli oma ajal geniaalne arendus. Aga see kindlasti ei asenda amatöörraadiot ega tahagi seda teha!

• HackRF One´i tundlikkus on madalam kui lihtsaimal amatöörraadio käeshoitaval raadiosaatjal. See on tingitud 8-bitise AD-konverteri disainist, eelvõimenduse puudumisest, eelfiltrite puudumisest ja piiratud arvutusvõimsusest. Kuid HackRF One ei peagi olema väga tundlik, piisab, kui signaal võetakse vastu laboratooriumi laual. Loomulikult on võimalik tundlikkust suurendada suure välise antenni, väliste eelvõimendite ja filtrite abil ning kuulata igasuguseid saatjaid üksikutes sagedusalades, kuid see nõuab palju suuremat pingutust kui tavalise raadio ostmine.

• Saatevõimsus on tahtlikult piiratud äärmiselt madalale tasemele. Piisab, kui saata signaal laboratooriumi töölaudade kaudu vastuvõtjale, midagi muud ei peaks juhtuma. Kui kavatsete HackRF One´ile lisada võimendit, peate arvestama, et signaali ei filtreerita üldse ja see ei ole tõenäoliselt spektraalselt väga puhas.

• HackRF One ei ole mõeldud tavaliseks amatöörraadio kasutamiseks. Sellel pole mikrofoni ühendust, S-meetrit, kõlarit ega juhtimisvõimalust, välja arvatud arvuti tarkvara kaudu. Selleks, et kasutada sellise eksperimentaalse SDR-i suurt potentsiaali, tuleb üsna põhjalikult uurida digitaalsignaali töötlemise teooriat. See eeldab inglise keele oskust, palju matemaatikat, mõningaid füüsikaalaseid teadmisi ja palju tarkvaraalast taipu. See on kõik teostatav ja ka väga põnev, kuid nõuab palju pühendumust ja aega. Kui te ei soovi seda investeerida, on HackRF One kindlasti vale valik.

• HackRF One on üks mitmekülgsemaid tooteid, mille abil õppida SDR-ide tööpõhimõtet. Kui aga soovite kiiret ja universaalset sissejuhatust amatöörraadiosse, peaksite valima pigem tavalise raadio ja omandama sellega esimesed kogemused.