技術分享|BladeRF頻譜圖成像

2021-01-19 水滴安全實驗室


1、什麼是SDR?

 

軟體定義的無線電(Software Defined Radio，SDR) 是一種無線電廣播通信技術，它基於軟體定義的無線通信協議而非通過硬連線實現。頻帶、空中接口協議和功能可通過軟體下載和更新來升級，而不用完全更換硬體。

 

2、BladeRF介紹：

 

可以看到六款SDR設備的對比，包括HackRF One、USRP B200\USRPB210、BladeRFx40、RTL-SDR、LimeSDR。

    


BladeRFx40是USB3.0的一個全雙工28Mhz單通道一個無線電設備，射頻範圍在300Mhz-3.8Ghz，收發獨立的12-bit精度40MSPS正交採樣率，板載200Mhz ARM9處理器，搭載了可編程FPGA。

 

不像HackRF、LimeSDR、USRP還需要外部時鐘雖說LimeSDR的內部時鐘精度高，但是每次運行起來後FPGA發燙嚴重，甚至我感覺每次使用後都可以去煎一個雞蛋了。

 

最近小編的LimeSDR已經借給小夥伴了，所以說這次給搭建寫一篇關於BladeRF的頻譜圖成像。

當然了其實也可以利用身邊的手臺，進行這樣的操作。

 

3、原理介紹

 

首先我給大家科普一下SSTV(慢掃描電視Slow Scan Television)，最初只能用來傳輸黑白圖像，現在則主要傳輸色彩圖像，慢掃描電視技術可以通過普通的3KHz話音通道傳輸畫面，所以業餘無線電愛好者的這項技術也被運用再其他領域中，稱為「靜止畫面傳輸」

 

再電視、傳真等技術中，自畫面左端到右端的一條水平線上的像素稱為一行。傳送像素的順序通常採用從畫面左上角開始，自左到右、自上到下的，一行一行、逐個像素的傳送，稱為掃描。這樣掃描一次得到的畫面稱為一幀。

 

本文所介紹的頻譜圖成像和SSTV的原理類似，只不過是將圖像轉換成射頻信號進行發射出來，先後順序不同，因為在頻譜當中，是向下傳輸的，所以順序是從圖像的下方然後向上進行發射射頻信號，來產生頻譜圖，而在這裡只是能傳輸黑白的圖像罷了。

 

4、動手操作

 

接下來我們就講解一下，如何利用BladeRF x40進行頻譜圖成像。

 

（1）如何安裝並修改圖像


首先git clone 

https://github.com/polygon/spectrum_painter

 在這裡下載完畢後直接運行的話會缺少三個依賴，click、numpy、scipy

 首先切換到spectrum_painter

 cd spectrum_painter

 

 然後執行

 pip install --user -e .

 

 再切換到cd spectrum_painter

 執行python img2iqstream.py --help

 

 可以看到選項設置



-s 設置採樣-l 每行顯示時間-o輸出生成的文件名--format是輸出的格式這裡的話分別有float、bladerf、hackrf、

然後再當前目錄執行

python img2iqstream.py -s 1000000 -l 0.004 -o Eversec.bladerf --format bladerf examples/water.png


我這裡的話生成的是Eversec.bladerf文件 然後我將logo放入了examples目錄下

 

這裡要注意 一定要修改一下自己定義的圖像，我這裡的話使用的是水滴安全實驗室的logo圖像作為這次實驗的對象，原圖的話是彩色的，我這裡將原來的圖像用photoshop修改了一下，將要顯示出來的圖像填充成白色，然後底部圖層填充成黑色，這樣的話就可以正常生成文件了。



（2）如何使用BladeRFx40發送射頻信號

 

 我這裡使用的是BladeRF x40

 首先加載FPGA

 從官網上下載

 https://www.nuand.com/fpga_images/

 我下載的是hostedx40.rbf

 

 執行

 bladeRF-cli -l hostedx40.rbf

 

 這樣設備的三個黃色的燈就被點亮了，




 然後進入bladerf

 bladeRF-cli -i

 

 然後輸入version

 可以看到固件信息還有fpga的版本信息v0.7.3

 

 輸入info




 可以看到fpga已經加載成功了。

 

 如果不知道set如何配置我們可以輸入

 help set

 

 當然還有tx的選項配置介紹

 help tx

 

 首先我們設置vga

 Set txvga1 -20



 設置帶寬

 set bandwidth tx 1750000



 設置頻率為433Mhz

 set frequency tx 433000000



 然後我們配置一下tx

 tx config file=Eversec.bladerf format=bin repeat=1

 

 這裡的話就是設置發射的文件為Eversec.bladerf 還有發射次數

 在這裡如果不確定自己配置是否正常 可以運行print來查看自己的配置信息

 

 我們要注意一下任何個人和單位不得私自佔用，幹擾無線電通訊的正常運行


（3）Gqrx查看頻譜圖

 

 接下來我使用的是rtl2832u來看頻譜圖

 運行gqrx

 在gqrx的input controls選項中不要選擇Swap I/Q ，否則在頻譜圖上看到的則是翻轉的圖像了。



 點擊左側那個播放按鈕

 然後再bladerf中輸入tx start

 這樣即可在gqrx中看到我們的logo了。

 

（4）視頻演示






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