Great Scott Gadgets HackRF One SDR TRx

Das ist die Mutter aller SDRs! Das HackRF One ist eines der ersten universell einsetzbaren SDR-Transceiver, perfekt geeignet für Experimente mit eigener Software. Der weite Frequenzbereich von 1 bis 6000 MHz deckt alle relevanten Funkbereiche ab, egal ob Amateurfunk, Mobilfunk oder Satellitenfunk.

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. Er produziert und vertreibt das Board als kommerzielles Produkt.

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. Aufgrund des Designs und der Komponentenauswahl unterstützt das Gerät nur den Halb-Dulplex-Betrieb.

Die gesamte Schaltung des HackRF Boards ist sehr stromsparend ausgelegt, sie wird komplett über USB versorgt. Für den USB-Anschluss steht eine Mikro-B USB Buchse auf der Platine zur Verfügung, 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.

Hier die wichtigsten Links:

• Neue Video-Serie von Michael Ossmann Einführung in SDR (englisch)
• Die Webseite des Herstellers, Great Scott Gadgets
• 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
• Kurzer Testbericht zum HackRF One von c't Hacks (Heise)
• RF Analyzer - Android APP for HackRF (Artikel in Englisch)