Come toccare le onde radio da 1 MHz a 6 GHz con progetti open-source

La maggior parte degli sviluppatori web è abituata a pensare alle reti in termini di socket e richieste HTTP. Ma una volta che i dati viaggiano nell'aria tramite Wi-Fi, Bluetooth o un telecomando del cancello, diventano un'onda elettromagnetica ordinaria. Per molto tempo, esplorare lo spettro radio è rimasto dominio di specialisti con hardware dal costo di migliaia di dollari.

La situazione è cambiata quando Michael Ossmann e il team di Great Scott Gadgets hanno rilasciato HackRF. Hanno creato una piattaforma SDR economica (Software Defined Radio) e hanno reso completamente open-source i suoi schemi, firmware e codice sorgente.

Cosa c'è nel repository

Il repository greatscottgadgets/hackrf riunisce tutto il lavoro del progetto. È un unico punto di accesso per lavorare sia con l'hardware che con il software.

All'interno del codice sorgente troverai:

• Layout PCB e schemi di posizionamento dei componenti
• Codice sorgente per il firmware del microcontrollore LPC43xx e plugin FPGA
• Libreria di sistema C libhackrf
• Set di utility console per la gestione dei dispositivi
• File sorgente della documentazione Sphinx

Il progetto è scritto in C. La documentazione viene compilata localmente usando Sphinx o LaTeX se hai bisogno di un file PDF pronto.

Approfondimento del codice e delle utility

La parte software del progetto è suddivisa in due livelli. Il primo livello è la libreria libhackrf. Gestisce la comunicazione USB di basso livello e fornisce un'API C pulita per la ricezione e la trasmissione di campioni. Il secondo livello sono le utility console, che è solitamente da dove le persone iniziano.

Per esempio, per catturare un segnale radio a 433,92 MHz, usa l'utility hackrf_transfer:

hackrf_transfer -r capture.raw -f 433920000 -s 8000000

Questo comando registra le onde radio a una frequenza di campionamento di 8 megasample al secondo e salva i campioni in quadratura (I/Q) in un file binario. Questo file può poi essere aperto in GNU Radio o Universal Radio Hacker per analizzare il protocollo.

Se hai bisogno di scansionare le frequenze e scoprire quali canali sono occupati, l'utility hackrf_sweep è utile:

hackrf_sweep -f 2400:2500 -l 32 -g 20

Scansiona rapidamente la frequenza del sintetizzatore e restituisce i dati sulla potenza del segnale. Con essa, puoi costruire facilmente uno spettrogramma di una stanza in pochi secondi.

Valore pratico per un programmatore

Perché un programmatore senza un background in ingegneria radio dovrebbe studiare il repository HackRF?

Prima di tutto, è un esempio pratico di come architettare software per la comunicazione hardware tramite USB. Nel codice della libreria libhackrf, puoi vedere come gestire flussi di dati in tempo reale senza perdere campioni.

In secondo luogo, il repository apre le porte al reverse engineering. Usando questa piattaforma, le persone analizzano come funzionano i telecomandi radio, i sensori di pressione dei pneumatici, i tag RFID e i segnali di navigazione satellitare.

In terzo luogo, il dispositivo ti permette di scrivere i tuoi protocolli di comunicazione da zero, usando blocchi già pronti in GNU Radio o il tuo codice C.

Hardware e le sue caratteristiche

La scheda ha chiare limitazioni tecniche. La modalità operativa è half-duplex. Questo significa che il ricetrasmettitore può ricevere o trasmettere un segnale in un dato momento. Non può fare entrambe le cose simultaneamente.

La risoluzione dell'ADC è di 8 bit. Per un'analisi approfondita di interferenze complesse, questo non è sufficiente, ma è perfettamente adeguato per la maggior parte dei compiti di ingegneria. Tuttavia, l'intervallo di frequenza operativa copre da 1 MHz a 6 GHz senza bisogno di cambiare moduli.

Dove iniziare a imparare

Se vuoi approfondire il progetto, inizia con la documentazione ufficiale su Read the Docs. Se vuoi, puoi compilarla localmente dalla cartella docs:

cd docs
make html

Per compilare la versione PDF su Ubuntu, dovrai installare i pacchetti LaTeX:

sudo apt install latexmk texlive-latex-extra
cd docs
make latexpdf

La comunità del progetto vive su Discord e sulle mailing list. Gli sviluppatori onestamente notano nel README che la gestione dei ticket di supporto può richiedere fino a due settimane. Se trovi un bug o vuoi contribuire codice, apri una Issue su GitHub.

HackRF rimane una delle basi più accessibili e aperte per chi vuole andare oltre il software familiare e lavorare direttamente con lo spettro radio.