Revue : HackRF One + PortaPack H2: Une radio Logicielle SDR réellement portable

La radio logicielle HackRF One (SDR Software Defined Radio) créée à l’origine par by Great Scott Gadgets s’est révélée être un succès constant depuis son introduction, il y a quelques années. HackRF One, est un développement open-source qui a bénéficié de nombreuses améliorations et mises à jour, notamment grâce au support apporté par une communauté extrêmement active. Ce n’est pas une surprise, Elektor, ayant très rapidement adopté, dès son apparition, la technologie SDR, a supporté et commercialisé des quantités importantes de HackRF One, à la fois aux passionnés de radio entièrement matérielle, et à ceux qui ont plus confiance, ou plus d’attrait, pour ce qui est "numérique" et considèrent la radio comme de la magie noire. 

HackRF One s’intercale entre votre PC portable ou celui de votre laboratoire, et les signaux radio s’étendant de 1 MHz à 6 GHz, présents dans l’éther. Utilisant des logiciels gratuits, eux-mêmes open-source, s’exécutant sur un PC comme GNU Radio, GQRX, SDR#, ou SDR Console, "One" est totalement configurable, autant que l’est une radio matérielle. Si vous n’êtes pas convaincu de la facilité d’utiliser HackRF One comme base de toutes sortes de modules constitutifs d’un récepteur ou émetteur radio, regardez la vidéo de Clemens Valens créant la base entièrement opérationnelle d’un récepteur radio pour la bande FM. Il utilise des blocs fonctionnels d’une bibliothèque de logiciels, les teste avec plaisir, puis il "assemble" la configuration théorique, finalement le tout étant associé à HackRF One. Le résultat : un récepteur FM musical fonctionnel, mais utilisant un PC relié au HackRF One.
 

Le désir de portabilité !

Récemment, un module additionnel nommé Porta pack H2 permettant au HackRF One de devenir réellement portable, c’est à dire sans être relié à un PC, a été annoncé. La carte Portapack H2 se place sur le HackRF One comme un "chapeau" ou un "shield", sur un Raspberry Pi, ou un Arduino. La combinaison du HackRF One avec un module enfichable est très utile pour chasser, explorer, décoder, et enregistrer les signaux radio en mobilité, et sans contrainte quand cela est nécessaire. Cela est particulièrement pratique pour la réception des signaux de faible puissance que l’on capte mieux auprès de leur source, dans des endroits ou dans des conditions qui ne permettent pas d’emporter un ordinateur portable.

Le nouveau système SDR portable ainsi créé comprend un écran LCD tactile de 3,2 pouces, des boutons pour la navigation, une roue pour le défilement des menus, une prise jack pour connecter un casque d’écoute, un connecteur pour carte microSD et deux connecteurs de synchronisation externe, l’un délivrant en sortie le signal carré à 10 MHz de l’horloge interne, l’autre permettant d’utiliser une horloge externe. À cela s’ajoute évidemment le connecteur USB du HackRF One et deux petits poussoirs pour la réinitialisation et la mise à jour du micrologiciel du système (DFU Device Firmware Update). L’unité est alimentée par une batterie de 3,6 V 2400 mAh dont l’autonomie est suffisante pour une journée entière de chasse et enregistrement de données brutes en campagne, ou près des émetteurs diffusant les signaux que vous souhaitez explorer ou décoder. Si vous êtes préoccupé par "casque d’écoute" alors que vous auriez préféré lire écouteurs, sachez que toute radio SDR peut être configurée en émetteur, un casque écouteurs et microphone peut alors s’imposer.
 

Métal noir

Les deux circuits imprimés sont logés dans un coffret rigide en métal noir que je recommande pour sa finition globale et sa solidité. Le circuit imprimé du HackRF One est marqué "cbrtronic 2024" et "cjh", et le Portapack, "v.3.6 mmdvm.dub". J’ai trouvé ces mêmes produits sur Aliexpress, fournis dans un boitier en acrylique décoré sommairement, ce qui est agréable, mais peu fonctionnel, voire même un désavantage en ce qui concerne les émissions HF parasites. Les deux cartes sont empilées et maintenues par leurs connecteurs en ligne et des entretoises métalliques situées aux quatre coins des circuits imprimés. Je ne recommande pas de tenter de désassembler l’ensemble, car il est délicat de le réassembler ensuite. Ceux d’entre vous curieux de voir le matériel pourront se rapporter aux photographies que j’ai prises de l’ensemble que j’ai dû démonter afin de d’identifier le type et la capacité des deux batteries internes (1 LiPo et 1 pile bouton).

Bien qu’il n’ay ait aucune inscription sur le boitier pour identifier les connecteurs, les LED, ou les boutons de contrôle, tout est intuitif au niveau de leur reconnaissance et de l’utilisation, à part, peut-être, les deux petits poussoirs, le bouton de réinitialisation (Reset) étant parfois utile!

 

Les applications

Le micrologiciel préchargé Mayhem v.2.0.1 est un développement succédant à la version "Havoc" précédente — de jolis noms pour du logiciel produit dans l’esprit open-source (Mayhem signifie grabuge et Havoc signifie ravage).

Le plus important de remarquer la fonction spécifique de l’application Mayhem qui permet aisément de réaliser la capture de signaux bruts en peine nature, soit pour les écouter immédiatement, soit pour les démoduler ensuite, ou pour les analyser et les modifier (j’ose le dire !) et éventuellement les rediffuser ! Avec une carte SD remplie de données brutes capturées à partir d’une source radio, le plaisir commence sur votre PC, en les "craquant" en arborant un style "intello, avec bière et pizza". Votre SDR peut également scanner en permanence une série de fréquences sans surveillance et enregistrer les résultats pour des opérations de décodage ultérieures.

Voici les applications préchargées sur l’ensemble HackRF One + Portapack H2 réunis dans un même boitier. La fréquence par défaut est indiquée entre crochets quand elle s’applique, alors qu’un menu permet de définir la gamme de fréquence. La plupart des applications permettent une diffusion instantanée ou l’enregistrement sur la carte SD.


Réception (RX):

• ADS-B: Receive and analyze ADS-B (Aviation) Signals with the ability to display real-time aircraft locations on a map. [978 / 1070 MHz]
• ADS-B : Réception et analyse des signaux ADS-B (Aviation) avec la possibilité de visualiser la position des aéronefs en temps-réel sur une carte [978 / 1070 MHz]
• AIS : Réception et analyse des signaux AIS (marine / navires). [162 MHz]
• BLE Rx: Adresse MAC du port de capture (BLE Bluetooth Low Energy). [2.4 GHz]
• APRS : Localisation GPS / station météo / stations mobiles radioamateurs. [144.3 MHz]
• ERT Meter : Décodage des signaux de mesure ERT (acquisition à distance des compteurs de fourniture d’eau par exemple). [900 MHz]
• POCSAG : Capture et décodage des signaux de téléavertisseurs "bipeurs". (pagers). [166 MHz]
• Audio : Décodage des signaux audio WFM/NFM/SPEC/AM. [toutes fréquences]
• Level : Mesure des signaux HF reçus par une antenne. [toutes fréquences]
• Recon : Réception d’une fréquence quelconque avec un spectre balayé variable. [401 – 403 MHz]
• Weather : Capture et décodage des signaux des radiosondes (ballons météorologiques / stations météorologiques), [402 MHz]
• Search : Récepteur / Scanneur NBFM (FM à bande étroite) de base. [100 – 400 MHz]
• TPMS Cars : Décodage des capteurs de pression des pneus automobiles.
• SubGHzD : Réception et capture facile des données ISM (Industrial – Scientific and Medical data) sur [433.920 MHz]

Les applications RX peuvent être ajoutées en les téléchargeant depuis le PortaPack Mayhem wiki puis en les transférant au récepteur SDR par l’intermédiaire de la carte SD.

Transmission (TX)

• ADS-B TX : Émission des signaux ADS-B (aviation)
• APRS TX : Transmission des paquets APRS pour les GPS, les stations météorologiques et la télémétrie.
• BLE TX : envoi de l’adresse MAC Bluetooth (BLE)
• OOK : Envoi de signaux modulés "tout ou rien" (on/off keying)
• SSTV : Envoi de signaux SSTV (Slow Scan TV ou TV à balayage lent)
• POCSAG TX : Transmission avers des téléavertisseurs "bipeurs" personnels
• RDS : Envoi des signaux RDS (Radio Data System messages)
• Morse : Envoi de code Morse
• BHT Xy/EP : Contrôle des éclairages publics
• TouchTunes : Contrôle des jukeboxes par des signaux ASK/OOK
• Soundbrd :  Diffusion et transmission FM de signaux .WAV ou à partir d’un microphone

Les applications TX peuvent être ajoutées en les téléchargeant depuis le PortaPack Mayhem wiki puis en les transférant au récepteur SDR par l’intermédiaire de la carte SD. La puissance de sortie du système SDR est de quelques milliwatts. La transmission est sujette aux réglementations locales de votre pays ou de votre région. Le HackRF One est un transceiver semi-duplex.

 

 

 

Nous voulons le mode HackRF (HackRF Mode)!

En dépit de la multitude d’applications disponibles installées avec le Portapack H2 — certaines étant ésotériques ou spécifiques aux USA — j’ai été soulagé de voir que l’accès direct au HackRF One était possible, simplement en choisissant l’option HackRF sur le menu principal. En désactivant le Portapack H2, le PC prend le contrôle, ce qui permet d’utiliser tous les outils SDR usuels et les packages de logiciel adaptés — GNU Radio et autres. Vous bénéficiez des avantages du boitier métallique renforcé de votre HackRF One muni de l’ensemble des connecteurs et boutons de contrôle. Si l’on considère le coût de l’ensemble HackRF One + Portapack H2 + les accessoires proposés par la boutique Elektor, c’est une excellente affaire, avec, cerise sur le gâteau, l’accès à la Communauté Mayhem !

L’antenne en complément

En tant que radioamateur de la vieille école, licencié, je suis particulièrement conscient de l’importance du système d’antenne relié à tout récepteur ou émetteur. L’ensemble des antennes inclus dans le package d’évaluation montre que les concepteurs en sont conscients. Si vous débutez en SDR, il est important de considérer que ces récepteurs sont relativement peu sensibles (1) et aussi "ouverts qu’une porte de grange" (2). Autrement dit, la fonction d’émission fournit une puissance de sortie de quelques milliwatts (1) et peu ou pas de suppression des harmoniques. C’est pourquoi, pouvoir au minimum choisir l’antenne correcte pour une gamme de fréquences donnée, sera votre premier pas vers l’optimisation de la réception locale. Par la suite, vous pourrez commencer à réfléchir aux filtres passe-bande, coupe-bande (notch filter), aux préamplificateurs , ainsi qu’aux antennes passives et actives. Actuellement, l’ensemble évalué dans cet article est fourni avec un ensemble d’antennes appréciable :
 

• 1x antenne VHF BLC-TLC de 30 cm, à base magnétique munie d’un connecteur coaxial SMA.
• 1x antenne UHF TLC, de 19 cm, à base magnétique munie d’un connecteur coaxial SMA.
• 1x antenne WiFi2.4 GHz de 15 cm , pliable avec connecteur coaxial SMA.
• 1x fouet télescopique de 48 cm avec son connecteur coaxial SMA.
• 1x antenne ADS-B 1-2 GHz de 12 cm, détachable, vissée sur un connecteur SMA.
• 1 x base magnétique avec vis et connecteur coaxial SMA.

Avec leur bobine d’accord au centre, ou à la base, toutes ces antennes sont de bonne qualité, bien emballées, elles représentent un bon investissement puisqu’elles peuvent être également utilisées dans d’autres projets radio. Durant mes essais, je ne me suis pas aventuré au-delà d’environ 70 MHz, mais j’ai constaté que les bandes jusqu’à 50 MHz étaient mieux reçues avec une antenne externe long fil ou une antenne en boucle, comme celle que j’ai proposée dans ma revue du Récepteur décodeur ATS25 max.
 

 

Loisirs en déplacement

L’utilisation du HackRF One et du Portapack H2, en étant aidé par un étudiant en Informatique et télécommunications, j’ai été à-même d’utiliser le HackRF One avec le Portapack H2 pour enregistrer des paquets de contrôle de l’ancien réseau à ressources partagées 420-MHz TETRA (trunking radio), toujours actif depuis le campus voisin. De retour à mon laboratoire, j’ai procédé à quelques manipulations savantes de bits. Nous sommes alors retournés à l’extérieur avec le SDR en mode replay (retransmission), en utilisant l’émetteur d’un milliwatt du SDR, nous avons réussi à ouvrir et refermer une porte électrique du parking réservé au personnel administratif. Dans mon laboratoire, j’aime également voir ce qui vole dans le ciel en utilisant le scanner ADS-B avec l’antenne 1 GHz installée à l’extérieur. J’ai pu également acquérir la pression de pneus en me déplaçant près de voitures haut-de-gamme récentes, dans mon voisinage. En ce qui concerne l’éclairage public de ma rue, je n’ai pas réussi à me relier au réseau TPMS — je pense que les commandes de contrôle sont transmises par des câbles.

 

(*) NDLR QTH est le code utilisé par les radioamateurs pour désigner leur position.

73 & conclusion

Avec l’apparition de l’ensemble HackRF One / PortaPack H2 dans un seul boitier portable, j’ai entamé et surmonté la transition entre les radios antiques à composants "discrets" et la Radio Logicielle moderne, en particulier en ce qui concerne les modes numériques, à l’opposé de la diffusion de la radio classique. En réalité, la raison principale de cette attirance est en particulier la portabilité de ce SDR, qui me procure le sentiment d’être proche de la source des signaux radio que je souhaite analyser. D’autres, j’imagine, seront plus intéressés à décrypter et simuler n’importe quel signal codé et transmis par radio, à l’aide de leur ordinateur portable, ou de travailler sur des systèmes de modulation complexes.

Ce nouveau produit de la boutique Elektor est l’exemple typique de 1 + 1= 3 : le HackRF One est une base solide avec un atout supplémentaire, le Portapack, compagnon parfait pour l’usage portable et, cerise sur le gâteau, il permet bénéficier de l’hospitalité de la communauté SDR en ligne, les trois étant totalement open-source. Si le SDR a besoin d’un argument pour unir les fans de radio conventionnelle aux geeks du logiciel, voilà un moyen peu couteux d’y parvenir.  

Cet ensemble SDR dispose d’un nombre incroyable d’options, menus et fonctionnalités, certaines évidentes à utiliser, simplement en manipulant le gros bouton lumineux bleu, d’autres plus énigmatiques, sont bien dissimulées. Heureusement, l’ensemble des applications est bien documenté sur le Portapack / Mayhem wiki. Pour un conseil d’expert, consultez la chaîne Youtube @Sn0ren Youtube channel où vous trouverez un excellent tutoriel Portapack H2, ainsi que la chaîne HackRF 101: Day One, Basics si vous débutez mais possédez quelques compétences en logiciel. Aucune de ces chaînes n’est cryptée, indéchiffrable, ou sujette à décodage. No Monies Returned (absence de coûts ).