HackRF One

от

HackRF One от Ggreate Scott Gadgets это программно-определяемое радио способное передавать или принимать радио-сигналы на частотах от 1 МГц до 6 ГГц *. Созданная для тестирования и разработки современных и будущих (next-gen) радио-технологий, HackRF One это открытая аппаратная платформа которая может быть использована в как USB периферийное устройство или-же запрограммировано на автономную работу.

HackRF One это оборудование для тестирования радиочастотных систем. Оно не проверялось на согласование с существующими управляемыми радиотрансляциями. Вы несете ответственность за легальное использование HackRF One. Кстати, hackrf one купить вы можете на страницах нашего специализированного сайта.

  • Пластиковый корпус
  • Рабочий диапазон частот от 1 МГц до 6 ГГц *
  • Полудуплексный трансивер (приемо-передатчик)
  • Частота дискретизации до 20 миллионов сэмлов в секунду (20 МГц)
  • 8 бит квадратурное сэмплирование (8 бит на синфазную часть и 8 бит на квадратурную часть)
  • Работает с программами GNU Radio, SDR# и другими
  • Программно-управляемый полосовой фильтр на прием и передачу
  • Программно-контролируемое питание антенного порта (до 50 мА при 3,3 В)
  • SMA-мама антенный коннектор
  • SMA-мама тактовый вход и выход для синхронизации
  • Удобные кнопки для программирования
  • Внутренние контактные разъемы для возможности расширения
  • Высокоскоростной USB 2.0
  • Питание по шине USB
  • Открытая аппаратная платформа

Некоторое время назад в поле моего зрения очень часто попадало множество статей, видеороликов о теме SDR трансиверов. Тема представляет интерес и сегодня. Большой популярностью среди радиолюбителей и других, разного рода, «технарей» пользуются устройства HackRF One (и по сей день, несмотря на то, что данный трансивер появился на рынке довольно давно, и в настоящее время уже существует масса других вариантов SDR похожего плана, в том числе и более производительных). Практически во всех статьях этой тематики рассматриваются программные инструменты (как правило — работа с GNU Radio, описываются алгоритмы ЦОС и т. п.), приводятся практические примеры по захвату сигналов радиостанций, демонстрируется GPS-спуфинг, приём сигналов с метеоспутников и т. п. Hack-RF One используется как некая универсальная «коробочка», позволяющая делать множество интересных вещей. Достаточно иметь небольшой опыт в программировании и общее понимание о том, что такое цифровой сигнал – в принципе порог вхождения для самых простых экспериментов с SDR преодолен. На самом деле это, конечно, здорово.
Но среди множества статей пока не встречал ни одной, где бы внимательно рассматривалось «железо» этого приемопередатчика, где более или менее подробно анализировалась его схема (если Вы встречали, дайте, пожалуйста, ссылочку в комментариях).
Более того, настораживает некая пренебрежительность к этому вопросу со стороны «пользователей» этого и других подобных модулей-трансиверов. Во многих популярных статьях проскальзывает, что приемник/передатчик SDR – это:

Понятно, что основной принцип SDR технологии состоит в реализации функций радиосистемы (ранее выполняемых в аналоговом виде с помощью электронных устройств) – в цифровом виде, с помощью обработки оцифрованного сигнала. И даже не только в переносе обработки в цифру, но и в возможности применять больше сложных инструментов для обработки сигналов. Но это всё отнюдь не означает, что физическое воплощение любого типичного современного SDR трансивера – это АЦП/ЦАП + модуль ЦОС, а всё остальное – не нужно (а если оно есть, то оно второстепенно). А, соответственно, и не требуется знаний, связанных с пониманием аналоговой схемотехники радиомодуля. Вроде как достаточно заиметь АЦП, ЦАП с крутыми характеристиками, подключить их к антенне с одного конца, к ПК с другого – и вот готов SDR на все случаи и на все поколения). Может такого подхода и достаточно для демонстрации работы принципов SDR, но этого явно недостаточно для реальной связной аппаратуры.
При этом мухи от котлет отделяются очень просто. Появление новых технологий не отменяет физику, природу вещей и аналоговую схемотехнику.
Как известно, с помощью АЦП имеет смысл оцифровывать сигнал с крайней частотой сигнала в два или более раз меньшей частоты сэмплирования. Только в этом случае информацию из сигнала можно восстановить без потерь. Очень часто возникают ситуации, когда крайняя частота сигнала превышает половину частоты сэмплирования существующих в мире АЦП, или, когда вариант использования таких АЦП неоправданно дорог для конкретного проекта. В этом случае никуда не деться от необходимости переноса сигнала в нижнюю часть спектра в аналоговом виде. И это повсеместно используется. Не говоря уже о необходимости усиливать и фильтровать аналоговый сигнал для достижения необходимых характеристик радиосистемы. Абсолютно то же касается ЦАП и передающего тракта.
Если мы посмотрим в более серьезный источник (например, книгу «Software-Defined Radio for Engineers» от специалистов Analog Devices Inc.), то увидим, что типичная аппаратная архитектура SDR платформы выглядит так:

Как можно заметить, между антеннами и АЦП/ЦАП имеет место быть блок RF Front End, который и включает в себя выполнение приведенных выше функций. В большей степени об этой части трансивера HackRF One я и хочу рассказать в этой статье.
Но позже. Пока ещё немного посетую.
Предположу, что упрощенное восприятие, вероятно, связано с тем, к какой предметной области «привык» человек, — этакая профессиональная деформация. Допустим, разработчик, который мало имел дела напрямую с радиоэлектроникой, узнал, что есть такое чудо — SDR, его можно программировать, обрабатывать/синтезировать сигналы программными средствами, промышлять радиохакингом и т.п., т.е. с помощью программного кода можно формировать реальные физические радиосигналы, обрабатывать принятые (хоть от сигнализации автомобиля злобного соседа, хоть из космоса). Действительно, ведь круто! И человеку тема интересна, он всецело в неё погружается и… и он чаще всего не начинает изучать теорию радиосвязи, радиотехнику, он делает в этой теме то, что уже умеет и что ему нравится больше – осваивает инструменты программного проектирования, начинает вспоминать/изучать ЦОС, – в итоге считает эти области самым главным и важным в трансивере, всё остальное уходит на далекий задний план и вроде бы оно не так важно и в принципе не так нужно. Конечно, утрирую, но подобных мнений (абсолютно искренних) встречал немало, на хабре в том числе. Однако, такой подход работает, как правило, только в пределах любительского использования подобных устройств. В реальности, если самостоятельно необходимо спроектировать систему связи, IoT устройство, какую-нибудь РЛС и т.п., помимо алгоритмов работы в цифровом виде не менее важную роль играют радиочастотные характеристики трансивера, которые при разработке обязательно рассчитываются, моделируются, оптимизируются. Эти характеристики во многом определяют допустимый диапазон применимости конкретного радиомодуля.
Такие универсальные «коробочки» как HackRF One также имеют свои характеристики, которые осознанно закладывал в электрической схеме разработчик, которые точно также ограничивают производительность системы связи, и эти ограничения точно уже не получится исправить никакими программными средствами.
Поскольку у меня профессиональная деформация – наоборот – в сторону аппаратной разработки, краткий обзор HackRF One будет представлен именно с этого бока. Рассмотрим аппаратную архитектуру HackRF One, что позволит оценить технические возможности и ограничения этого радиомодуля. Надеюсь, это будет полезно для тех, кто использует Hack-RF, но при этом мало знаком с радио-инженерией, и для тех, кто считает, что для работы с SDR приемопередатчиками – не требуются в принципе знания и понимания радиочастотных характеристик этого устройства, да и аналоговой схемотехники в целом.