HackRF One SDR TRx

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Das HackRF One Board ist ein experimenteller Software Defined Radio (SDR) Transceiver von 10 bis 6000 MHz. Es dient zu eigenen Versuchen mit Open Source Programmen für SDRs, eigenen Software-Entwicklungen für die HF-Kommunikation und Experimenten im Amateurfunk. Die Hardware wurde im Rahmen eines Kickstarter-Projektes als Open Source von Michael Ossmann aus den USA entwickelt und wird nun auch als kommerzielles Projekt vertrieben. Auf dem Board sind alle Funktionen eines kompletten Sende- und Empfangssystemes für einen extrem weiten Frequenzbereich von 10 MHz bis 6 GHz vorhanden.

Der Transceiver deckt einen weiten Frequenzbereich von 10 bis 6000 MHz (6 GHz) ab, und erfasst damit sehr viele Frequenzbänder für kommerzielle, experimentelle und Amateurfunk-Anwendungen. Die Hardware bietet eine maximale Abtastrate des Signales von 20MS/s, dadurch werden Experimente auch mit breitbandigen Signalen wie DECT, WFM oder WLAN möglich. Der AD-Wandler arbeitet mit 8 Bit Datenbreite und erreicht somit einen theoretischen Dynamikbereich von 48dB. Die digitalisierten I/Q Daten werden auf einem nachgeschalteten CPLD weiterverarbeitet und über den integrierten ARM-Prozessor per USB ausgegeben.

Die gesamte Schaltung des HackRF Boards ist sehr stromsparend ausgelegt, sie wird komplett über USB versorgt. Die Platine hat eine Mikro-B USB Buchse, ein entsprechendes USB-Kabel ist im Lieferumfang enthalten. Um mehrere HackRF One Boards synchronisieren zu können, verfügen die Systeme über Takt Ein- und Ausgänge, zum Beispiel um mehrere Empfänger zu kaskadieren. So lassen sich zum Beispiel Experimente mit Mehrfach-Ausbreitung (MIMO) anstellen. Zwei Taster (Reset, DFU) und mehrere Diagnose-LEDs vervollständigen die Hardware-Ausstattung des HackRF Boards.

Die Platine ist professionell in 4 Lagen aufgebaut. Die Bestückung ist durchgehend mit SMD Bauteilen gemacht. Um eigene Entwicklungen zu unterstützen sind von allen wichtigen Funktionsblöcken viele Signale auf Steckerleisten heraus geführt. So stehen viele GPIO-Pins, aber auch Parameter-Ein- und Ausgänge des CPLDs zur Verfügung. Über einen JTAG-Anschluß ist der ARM-Prozessor programmierbar.

HackRF One Schaltungsbeschreibung

Siehe dazu auch das Blockdiagram des Frontends. Das HackRF One Board zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität bei der Wahl des Signalpfades aus. An allen kritischen Stellen sind HF-Schalter untergebracht, die es erlauben die verschiedenen Funktionsblöcke des HF-Frontends wahlweise zu- oder weg zu schalten.

Von der Antenne kommend stehen zwei MGA-81 GaAs MMIC Verstärker zur Verfügung, einer für den Empfänger, einer für die Senderichtung. Die Verstärkung liegt bei ca. 12dB, es wird theoretisch eine maximale Sendeleistung von 14dBm erreicht, in der Praxis stehen sendeseitig 10dBm zur Verfügung. Die Verstärker-ICs können durch HF-Schalter (SKY13317) umgangen werden.

Hinter dem Verstärkerblock kommen wahlweise zuschaltbare Tief- oder Hochpassfilter. Diese Filter können sowohl sende- als auch empfangsseitig verwendet werden. Nach dem Filter geht das Signal auf einen HF Mixer RFFC 5072, der bis 6GHz einsetzbar ist. Hier wird das Signal entsprechend der Programmierung hinauf oder hinunter gemischt und dem nachfolgenden Basisband-IC zugeführt. Mischer und Filterblock sind komplett abschaltbar, sodass das Baseband-Signal direkt auf die Verstärker oder auch direkt auf die Antenne geschaltet werden kann.

Als Baseband-Chip kommt ein Maxim MAX2837 Transceiver zum Einsatz, der den Frequenzbereich von 2.3 bis 2.7 GHz abdeckt. Auf dem Chip kommen monolithische Filter zum Einsatz, die für eine niedrige Rauschzahl und eine gute Linearität des Sendesignales Sorge tragen. Die IQ-Daten (Tx und Rx) des Transceivers gehen dann weiter auf den nachfolgenden AD/DA Wandler MAX5864. Der AD- ebenso wie der DA-Wandler arbeiten mit 8 Bit Breite. Maximal werden 22MS/s unterstützt, in der Praxis sind 20MS/s möglich. Vom AD/DA Wandler gehen die digitalen Daten zur weiteren Verarbeitung zu einem Xilinx XC2C CPLD. Gesteuert wird der gesamte Transceiver über einen hochintegrierten und leistungsfähigen ARM Dual-Core Cortex Prozessor (NXP LPC4320). Auf dem Board befindet sich ausserdem 1MB Flash-ROM.

Software für das HackRF One Board

Derzeit (Sommer 2014) unterstützen 'GNU Radio' mit Osmocom und die Software 'SDR#' (SDR Sharp) das HackRF Board. Durch die offene und lizenzfreie Software-Struktur können sich jederzeit weitere Hersteller von Software dem Projekt anschliessen, mehrere SW-Autoren haben das auch bereits angekündigt. Aktuellste Informationen dazu findet man im Projekt-Wiki des Herstellers.

Verfügbarkeit

Das HackRF One Board wurde im Frühjahr 2014 an die Sponsoren des Kickstarter-Projektes als Prototyp ausgeliefert. Die ersten Serienlieferungen sind für den Juli/August 2014 geplant. Wir nehmen Bestellungen ab sofort entgegen, die Auslieferung erfolgt in der Reihenfolge der Bestellungen.

Alternativ stehen sämtliche Schaltpläne, Platinenlayouts und Programme in offenen Formaten zum Selberbau zur Verfügung.

Wichtige Links zum HackRF One

Die Webseite des Herstellers, Great Scott Gadgets

Die Projekt-Seite auf Github

Das Projekt-Wiki auf Github Hier findet man auch aktuelle Firmware zum Download.

HackRF Präsentation auf der GRCon 12 (Video, Englisch)

HackRF Present and Future auf der NYU CSAW 13 (Video, englisch)

Das ursprüngliche Kickstarter-Projekt

GNU Radio

SDH# (SDR Sharp)
Weitere Informationen
Lüfter Nein