SDR (Software Defined Radio)

běžné zařízení pro rádiovou komunikaci se skládá z několika částí, specializovaných obvodů. SDR umožňuje vytvořit/simulovat teoreticky jakékoliv takové zařízení softwarově. Potřebuje pouze hardware, který umožní přijímat/posílat vlastní signál. Zpracování signálu pak probíhá v software.
příklady využití:
- spektrální analyzátor
- poslech letecké komunikace (ATC, ATIS)
- dekódování pozice letadel, příjem ADS-B, ACARS zpráv, sledování radarových signálů
- poslech amatérských rádií (CB, PMR446)
- poslech FM rádia
- odposlech GSM signálu
- příjem GPS signálů
SW zpracování je náročné na CPU

Software

Universal Radio Hacker

tool pro dekodování protokolů a přehrávání https://github.com/jopohl/urh
tuturiály https://www.youtube.com/watch?v=kuubkTDAxwA&list=PLlKjreY6G-1EKKBs9sucMdk8PwzcFuIPB&index=1
- nejprve se najde nosná frekvence na spektrometru, zachytí signál
- pak se nastaví bit length (jak dlouho trvá jeden bit), jde i automaticky
- vybere správná modulace, protokol.. no viz videa :D

GNU Radio

GNU Radio
- umožňuje blokově sestavit cokoliv
- podporuje velké množství bloků (modulátory, demodulátory, dekodéry, ..)

Gqrx SDR

Gqrx SDR
- založeno na GNU radio
- podporuje demodulace AM, SSB, CW, FM-N and FM-W (mono and stereo)
  - CW-U or CW-L for Morse code On-Off modulation
  - (use Upper or Lower side band depending on possible interference from another carrier close by)
  - USB or LSB for single side band amplitude modulation, Upper or Lower Side Band,
  - WFM (stereo or mono) for Wide Frequency Modulation used by broad casting stations,
  - Narrow FM for e.g. marine VHF,
  - AM for old style Amplitude Modulation used by broadcasting stations,
  - Raw I/Q is intended to pass raw I/Q data through without any demodulation; however, this mode has not been implemented yet,
- squelch
- Freq. correction
  - 10ppm is 10Hz of a 1MHz signal, 1.44kHz of a 144MHz signal, etc.

Dump1090

program na příjem ADS-B (primárně pro RTL-SDR)
umožňuje
- zobrazit dekódované zprávy v terminálu (dump1090)
- zobrazit přehled aktivních letadel v terminálu (dump1090+view1090)
- zobrazit pohyb letadel na mapě ve webové aplikaci (dump1090+www)
  - přes integrovaný webserver
  - přes externí webserver (apache, lighttpd)
existuje hodně forků
- https://github.com/antirez/dump1090
  - jednoduchý, parametrem –net se spustí vestavěný webserver na http://localhost:8080
- https://github.com/mutability/dump1090
  - novější, nedoporučuje se používat vestavěný webserver (implicitně vypnutý)
  - místo toho se má použít externí, například lighttpd (návod)
    - na webu se vystaví složka public_html
    - nastaví se alias /data na složku s JSON (ideálně v RAM, např v /dev/shm)
    - spustí se dump1090 se zápisem JSON do zadané složky (parametr -write-json)
    - nefunguje ve firefox
      - vypisuje to divnou chybu s databází, musí se nějak explicitně povolit
      - v chrome mi to ale běží bez problémů
- https://github.com/Mictronics/dump1090
  - obdoba mutability, ale asi nejnovější

příklad konfigurace apache

<VirtualHost *:80>
	ServerName dump1090
	DocumentRoot /usr/src/dump1090-mictronics/public_html
	Alias /data /dev/shm/dump1090
	<Directory /dev/shm/dump1090>
		Require all granted
	</Directory>
	<Directory /usr/src/dump1090-mictronics/public_html>
		Require all granted
	</Directory>
</VirtualHost>

SoftFM

příjem FM rádia v terminálu
https://github.com/jorisvr/SoftFM

RTLSDR-Airband

příjem PMR / ATC …
https://github.com/rtl-airband/RTLSDR-Airband

Hardware

RTL-SDR
- nejlevnější a nejlépe podporované
- téměř všechny mají USB rozhraní RTL2832U
- tuner mívají R820T nebo kvalitnější R802T2 (citlivější)
- některé jsou v plastu, některé mají kovovou krabičku (proti rušení)
- některé mají obyčejný krystal, některé teplotně stabilnější TCX0
- konektory bývají IEC (TV koax), SMA, MMCX
- příjem HF (0.1 - 30 Mhz)
  - některé podporují direct sampling
    - jde o obejití tuneru a připojení signálu přímo k čipu RTL2832U
    - prý stačí připojit drát na pin a je to :) ale hrozní usmažení čipu
    - kvůli tomu to nejspíš někteří vylepšují nějakým obvodem
  - některé mají předřazený obvod, který převádí nízké kmitočty na vysoké (Upconverter)
    - například přičítá 125 Mhz
    - je prý kvalitnější než direct sampling, ale otázkou asi je, jak kvalitně je direct sampling nebo upconvertor vyroben

zajímavé kousky
- ebay RTL2832U+R820T2+TCX0, 2x SMA
  - dva SMA konektory pro UV a HF
  - modré kovové pouzdro
  - direct sampling (HF Shortwave Q branch direct sampling)
  - 950 Kč
- ebay RTL2832U+R820T, 2x SMA
  - dva SMA konektory pro UV a HF
  - mechanicky přepínatelný vstup UV/HF (Upconverter)
  - 650 Kč
- RTL-SDR.com dongle V3 ebay
  - RTL2832U+R820T2+TCXO, SMA
  - v bílem kovu
  - kompaktní rozměry
  - 478 Kč
- SDR RTL2832U + R820T2
  - plastový TV tuner
  - konektor MMCX
  - 390 Kč

HackRF One
- prý nejlevnější SDR s možností vysílat (když nepočítám ten PiTX)
- na ebay od 3800 Kč, oficiální distribuce tak 6-7k
- 1 Mhz - 6 Ghz
- pouze half duplex
- open source
- software-controlled antenna port power (max 50 mA at 3.3 V)
  - 10 MHz to 2150 MHz: 5 dBm to 15 dBm, generally increasing as frequency decreases
  - 2150 MHz to 2750 MHz: 13 dBm to 15 dBm
  - 2750 MHz to 4000 MHz: 0 dBm to 5 dBm, increasing as frequency decreases
  - 4000 MHz to 6000 MHz: -10 dBm to 0 dBm, generally increasing as frequency decreases

Lime SDR
- 100kHz-3.8GHz
- RF bandwidth 61.44MHz (HackRF One má jen 20, RTL-SDR jen 3,2 Mhz)
- full duplex
- 299 USD

Flipper Zero
- podporuje 300-900 Mhz (včetně 433), NFC, BLE, IR..
- podporuje různé protokoly, algoritmy plovoucích kódů
- umí zachytávat i přehrávat komunikaci
- https://www.youtube.com/watch?v=PJvdIrY6aJY
- 199 EUR

seznam zařízení podporovných Gqrx

Astrometa DVB-T2

jde o RTL-SDR
mám verzi 2014 (v bílém plastu se šedým textem DVB-T/T2/C+FM+DAB)
- Tuner: Rafael Micro R828D
  - je prý podobný na R820T
  - the only real difference is that it has 3 inputs instead of only one (Air-In, Cable1, Cable2), of which two are connected on the Astrometa DVB-T2 stick zdroj
  - R828D is flagship model, whilst R820T is reduced to DTV terrestrial only zdroj
- Demodulator: Panasonic MN88473
  - DVB-T/T2/C
- USB interface: Realtek RTL2832P
  - RTL2832P is same chip than RTL2832U, but it has extra TS (transport stream) interface to connect external demodulator
    - v mém případě je spojen s MN88473
  - Shortly, RTL2832U is USB interface and DVB-T demodulator in one package. zdroj

Vylepšení RTL2832U a R820T - lepší krystal, +SMA konektor, +direct sampling

v Gqrx mi ukazuje rozsah 24 Mhz - 1.765 GHz
umí zobrazit skoro 3 MHz spektrum najednou (šířka pásma)
- takže lze monitorovat například celý PMR nebo CB pásmo najednou
frekvence nejsou asi úplně přesné
- PMR1 má být na 446.006250 MHz, ale nosnou vlhnu jsem chytal na +20.5 kHz
- v programu Gqrx jsem nastavil korekci na -44 ppm a PMR1-8 téměř dokonale sedí
- na LKTB ATIS (131.105 Mhz) by se ale hodila spíš korekce -11 ppm
- druhý den jsem korekci musel nastavit na -46 ppm. Nejspíš se to změnilo kvůli teplotě

RTL-SDR.COM V3

https://www.rtl-sdr.com/wp-content/uploads/2018/02/RTL-SDR-Blog-V3-Datasheet.pdf
je hodně podobný na Astrometa DVB-T2, trochu vylepšený
frekvence už skoro vůbec nedriftuje, takže přesnější TCXO oscilátor pomohl
koupil jsem sadu včetně teleskopických antén, změna délky antény fakt účinkuje
direct sampling funguje, na CB stačí normální režim
lze nastavit až 3.2 Msps, ale stabilní je jen do 2.4

Prakticky

Všechno jsem testoval na Astrometa DVB-T2 a pak i RTL-SDR.COM V3
pokud není uvedeno jinak, tak přes Gqrx, který žere skoro 50% CPU

zkoušel jsem aktivní anténu
- podporuje 30-950 Mhz
- signál byl určitě lepší než u té malé prutové, ale otáčení kolečka GAIN už moc vliv nemělo
- beztak to bude mít podobný signál jako ta moje nejlepší magnetická (cca 15 cm)
- je super, že teď aspoň vidím, co to se signálem dělá :D

analýza signálu DVB-T/T2
- pokud má tuner takové odchylky ve frekvencích, možná by bylo lepší zadávat frekvence DVB-T podle spektrální analýzy (ale bez Freq. correction).
- Dále by se dal spektrální analyzátor použít na vyladění pozice antény :D
- Zjistil jsem ale, že to nejde, protože TV pásmo je hrozně široké

PMR

zajistil jsem, že používá modulaci FM (nejspíš NFM), myslel jsem, že AM
šířka pásma je 12.5 kHz
jde hezky rozumět, skoro dokonalé
zkoušel dosah
- malou prutovou anténu tuneru jsem postavil vedle Motorola TLKR T80
- druhou T80 jsem vysílal z postupně větší vzdálenosti
- příjem byl podobný, T80 začala šumět prý později
- ta malá prutová anténa je ale obecně nic moc
docela mě překvapilo, že vysílání T80 zarušilo celé sledované 3 Mhz spektrum.
- skutečně ta vysílačka tak hrozně ruší?
- je to normální chování? nebylo to jen malou vzdáleností od tuneru?
- dá se tomu spektrálním analyzátoru věřit?

CB

v pásmu CB (27 Mhz) jsem zatím žádné vysílání CB nechytil
- je možné, že tuhle frekvenci tuner nechytá dobře, protože je pod 30 Mhz
měla bys se používat modulace NFM, AM nebo SSB
šířka kanálu má být nejspíš 10 kHz?
chytil jsem akorát FM rádio kousíček před pásmem CB
- to je divný.. jaktože tam bylo rádio?
- nějaké skutečně nežádoucí rušení?
- nebo to tuner špatně analyzuje?

FM rozhlas

vysílače mají docela silný nepřehlédnutelný signál s velkou šířkou (cca 160 kHz)
modulace WFM (mono) je většinou úplně bez šumu
modulace WFM (stareo) mi šuměla snad vždycky, alespoň trochu. Stereo zvuk ale zní líp a funguje zde i RDS

ADS-B

Jak se loví letadla aneb Přijímáme ADS-B
testoval jsem všechny forky dump1090
fakt funguje :) hned mi to chytilo 2-6 letadel ve vzdálenosti i 85 km
některá letadla neposílají svou pozici, pouze výšku a SQUAWK
CPU je zatíženo minimálně
frekvence 1090Mhz, takže cca 27.5 cm anténa

TODO

doplnit informace o čipech do HW sekce
- jak funguje ten direct sampling?
- https://www.rtl-sdr.com/comparisons-r820t-r820t2-rtl-sdr-tuners/
- https://www.rtl-sdr.com/rtl-sdr-tests-r820t-vs-r820t2-stability-tests-for-radio-astronomy/
- https://www.rtl-sdr.com/experimenting-r820t2-tuner-chip/

kouknout se po dalších zajímavých SDR
- PiTx
  - dokáže generovat signál 130 kHz - 750 Mhz pomocí raspi
  - stačí připojit drát na gpio
  - generuje prý ale hodně rušení, po celém spektru
  - Transmitting FM, AM, SSB, SSTV and FSQ with just a Raspberry Pi
  - https://www.rtl-sdr.com/tag/pitx/

CC1101
- transceiver pro pásmo 300-348 MHz, 387-464 MHz and 779-928 MHz
- používá se ve spojení s arduinem na zajímavé projekty (replay útok na odemykání aut)

Zkusit GSM prakticky

vyzkoušet další příklady použití
- Přehled HW a SW pro rtl-sdr
- Analyzátor RFID signálu
- Vytvoření FM přijímače v GNU radiu
- Odposlech DECT telefonu
  - kdybych měl i vysílač, tak bych mohl udělat ten SIP DECT telefon :)
- odposlech tetra systému