SDR

SDR open source platform HackRF One mmWave HAMs future ?

SDR is still a young field; Mid-1990s arose after the computer technology has evolved in the GHz range. To date, there is, according to my knowledge yet no commercial SDR AFU Transeiver which SDR works directly in the 2m band. (UHFSD from WB6DHW)(2017 from DK2FD FD-202) KW up to 6m there are quite a few. In 2014, I noticed the 'open source' SDR Platform, HackRF One, developed by Michael Ossmann on the web, and I decided to deal precisely with this project. A SHF transceiver, 23, 13, 9 and 6 cm realizing seemed to me at the HackRF One Platform possible because the concept of Michael Ossmann met the conditions. A preamplifier (10MHz to 6GHz), and a transmit amplifier (max 10dBm), LO Synthesizer to 5.8GHz, 1st IF between 2.15 and 2.75 GHz + filter, programmable ADC / DAC 22 MHz-zero, ext 10MHz OCXO, PC with USB HackRF One diagram. Now, such a platform be used to Spectrum Analyzer, LF / RF generator to realize oscilloscope and much more.

Software Defined Radio SDR ist noch ein junges Feld; Mitte der 1990iger Jahre entstanden, nachdem die Computertechnik sich in den GHz Bereich fortentwickelt hat. Bis heute gibt es, meiner Kenntniß nach noch keinen commerziellen SDR AFU Transeiver, welcher direkt SDR im 2m Band arbeitet. (UHFSDR von WB6DHW)(2017 von DK2FD FD-202), KW bis 6m gibt es schon einige.

In 2014 fiel mir die 'open source SDR Plattform', HackRF One, entwickelt von Michael Ossmann im WEB auf, und ich beschloß, mich mit diesem Projekt genauer zu befassen. Einen SHF Transceiver, von 23, 13, 9 und 6cm zu realisieren, schien mir bei der HackRF One Platform möglich, weil das Konzept von Michael Ossmann die Bedingungen erfüllte. Ein Vorverstärker (10MHz-6GHz), und ein Sendeverstärker (max 10dBm), LO Synthesizer bis 5.8GHz, 1. ZF zwischen 2.15 und 2.75 GHz + Filter, programmierbar, ADC/DAC 22 MHz-zero, ext 10MHz OCXO, PC mit USB HackRF One Schaltbild. Nun kann solche Plattform noch dazu verwendet werden um Spectrum Analyzer, NF/HF Generator, Oszilloskop uvm zu realisieren.

HackRF One-OP System-Inbetriebnahme-Erfahrungen-Beispiele

HackRF One-OP System-Installation-Experience- Examples

HackRF One - OP System- prerequisites - setup - experiences - examples Blaue Schrift ohne Unterstreichung: Kommando Zeilen Eingabe Text mit Return Taste abschließen complete command line input text with the Return key: Blue text without underlining Erster Schritt zur Inbetriebnahme ist der Besuch der WEBseite von Michael Ossmann und unter Education lesson 1 - 11 als Video anschauen. Unter WINDOWS läuft bei SDR fast nichts! LINUX ist ein Kommandozeilen Betriebssystem (Unix Basis), was bei SDR zum Einsatz kommt. Nun gibt es viele LINUX sub Systeme wovon LINUX-PENTOO 2014.0 RC13.6 von Michael Ossmann favorisiert wird und LINUX-UBUNTU 14.04 LTS (sehr komfortabel für ex WINDOWS user). Nun sollte man sich als WINDOW user in Linux Grundfunktionen einabeiten. In YOUTUBE gibt es vielfältige Video Möglichkeiten. Hier ein kleiner Wegweiser zur Installation von LINUX.
The first step is to start watch a video of the visit of the WEBsite by Michael Ossmann and Education lesson lesson 1 - 11. Under WINDOWS running at SDR almost nothing! LINUX is a command line operating system (Unix based), which is employed in SDR. Now there are many sub systems LINUX, LINUX Pentoo which is favored 2014.0 RC13.6 by Michael Ossmann and LINUX UBUNTU 14.04 LTS (very comfortable for ex WINDOWS user). Now get familiar in Linux basic functions. In YOUTUBE there are many video options.

Here is a small guide to install LINUX. PENTOO Installation: von PENTOO WEBSITE ISO file auf CD brennen und installieren (bei Installation wird HDD gelöscht und neu formatiert, kann aber während der Installation manuell partioniert werden.) Installations Video (Bild1). GRC und Hackrf One sind bereits von der CD installiert und können vom Application Finder gestartet oder auf den Desktop gezogen werden. Wurde bei der Installation kein user Name angegeben, startet man Pentoo mit root als username und dem Password, was während der Installation bestimmt wurde. Dann erscheint die PENTOO Kommando-Ebene und mit startx (Bild 2) wird die Bildschirm Fenster Oberfläche geladen. Internet Verbindung wird im Terminal Emulator mit dhcpcd eth0 (Bild 3+4), hergestellt. Nun muß noch die deutsche Tastatur eingestellt werden (Bild 5+6+7). Im Application Menu (Links oben)/Settings/Setting Manager öffnen dann Keybord/Layout/Edit Sprache einstellen. Die neueste GRC Version ist 3.7.5.1 PENTOO ist installiert (Bild 8).

Pentoo Installation: burn ISO file to CD PENTOO WEBSITE and install (if installing HDD is deleted and reformatted, but can be partitioned manually during installation.) Installations Video (Fig.1). GRC and Hackrf One are already installed from the CD and can be started from the Application page or to the desktop. If no user name specified during installation, you start Pentoo with root as username and the password, which is determined during installation.Now appears the Pentoo in command level and with startx (Figure 2), the screen is loaded window surface. Internet connection in the terminal emulator with dhcpcd eth0 (Figure 3 and 4) was prepared. Now the German keyboard must be set (Figure 5 + 6 + 7). In the Application Menu (Top left) / Settings / Settings Manager open then Keybord / Layout / Edit Setting the language. The latest version is 3.7.5.1 GRC Pentoo is installed (Figure 8).

UBUNTU Installation: ISO file UBUNTU 14.04 LTS über CD oder USB-Stick installieren. Kann auf WINDOWS Rechner installiert werden, erkennt wenn Windows auf der HDD installiert ist und fragt ob beide Systeme benutzt werden sollen. Dann trägt UBUNTU beim boot manager zur Auswahl beide Systeme ein. Die Installation ist sehr komfortabel und selbsterklärend. Keine Kommando Zeilen Eingaben während der Installation. Installieren von GRC GNUradio-companian und HackRF One: Im Terminal-Emulator müssen Sie Admin Rechte haben. Den Admin Status erkennen Sie in der ersten Zeile vom Terminal name@name~$ (keine Adminrechte), geben Sie hinter dem $ Zeichen ein: sudo -s, dann kommt die Aufforderung Ihr Passwort einzugeben, danach kommt die Admin Zeile root@name~#, nun haben Sie Admin Rechte und können Pakete installieren oder entfernen. Jetzt erfolgt die GNUradio-companien- und HackRF Paket Installation:

sudo add-apt-repository ppa:gqrx/releases
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install gqrx gnuradio gr-osmosdr hackrf

Install ISO file UBUNTU 4.14 LTS on CD or USB flash drive: Ubuntu installation. Can be installed on Windows computer, detects when Windows is installed on the HDD and asks whether the two systems should be used. Then UBUNTU wearing the boot manager to select a both systems. The installation is very comfortable and intuitive. No command line input during installation. Installing GRC gnuradio-companian and HackRF One: In the terminal emulator, you must have admin rights. Admin status you see in the first line from the terminal name @ name ~ $ (no admin rights), enter behind the $ sign: sudo -s, then be prompted to enter your password, then comes the root line admin @ name ~ # now you have admin rights and can install or remove packages. Now followes the gnuradio-companien- and HackRF package installation:

sudo add-apt-repository ppa:gqrx/releases
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install gqrx gnuradio gr-osmosdr hackrf

GNU radio companian Ist eine Modulsprache für SDR Plattformen, die darunterliegende Programmiersprache ist PYTHON. Mit GNU radio und PYTHON muß man sich vertraut machen. Eine gute Quelle findet man im WEB für GNUradio ,ELEC, GNUradioTutorial 1 2 3 4 (und YOUTUBE. PYTHON ist eine objektorientierte Hochsprache, welche ehemalige VISUAL BASIC 6 Programmierer, und eigentlich jeder, leicht erlernen können. Viele Programmierkurse finden sich auf YOUTUBE. Nun war zum Anfang bei mir die Überlegung , ob die hackrf Plattform imstande ist, einen Multiband all Mode TRX zu realisieren.

GNU radio companian is a module language for SDR platforms, the underlying programming language is PYTHON. With GNU radio and PYTHON one must become familiar. A good resource can be found in the WEB for GNUradio ,ELEC, GNUradioTutorial 1 2 3 4 and YOUTUBE. PYTHON is an object-oriented high-level language, which former Visual Basic 6 programmers and others can easily learn. Many programming courses can be found on YOUTUBE. Now to start was with me to consider whether the hackrf platform is able to realize a multi-band all Mode TRX.

Bild 14 Fig.14 Bild 15 Fig.15

Bild 16 Fig.16 Bild 17 Fig.17

Bild 18 Fig.18 Bild 19 Fig.19

Als erstes GNU Beispiel folgt ein Sender für 23-6cm. Eine geeignete Breitband Antenne (Hier ein Vivaldi Strahler 1-10GHz, kann aber auch eine andere verwenden (Bild 18) wird an hackrf angeschlossen. Hier das USBTX.grc USBTX.py file . In Bild 19 ist USBTX.grc dargestellt und der Inhalt der Module ist in den (Bildern 20 - 27) dargestellt. Sender hackrf wird, nach dem kompilieren und Erzeugung des Python files, mit dem Pfeil Starten eingeschaltet. Ausgeschaltet wird, mit dem Schließen des Popup (Bild 19) menues. Im Mode Chooser sind die Betriebasarten USB und CW (Dauerträger) enthalten. Die gememessenen Augangsleistungen sind in Bild 28 -31 dargestellt. Gemessen direkt mit Spektrum Analyzer (ohne Koax Kabel) HP8563A 23cm 0.33dBm, 13cm 7,8dBm, 9cm -9dBm und 6cm -17.5dBm. Das Phasenrauschen von hackrf ist in (Bild 35) dargestellt. Phasenrauschen hackrf gegen HP8563A(10MHz) + SSCW702 (432MHz) Spektrum Analyser (Bild 36+37).

First GNU example follows a transmitter for 23-6cm. A suitable broadband antenna (Here is a Vivaldi radiator 1-10GHz, but may also have a different use (Figure 18) is connected to hackrf. Here the USBTX.grc USBTX.py file. In (Figure 19) is shown USBTX.grc and content of the modules in the (images 20 - 27) is shown transmitter is hackrf, after compiling and generating the Python files, turned on with the arrow start is switched off, with the closing of popup (Figure 19) menues in fashion Chooser are the modes USB... and CW (continuous carrier) included. The measured powerlevels are shown in (Figure 28 -31). Measured directly with Spectrum Analyzer (without coax cable) HP8563A 0.33dBm 23cm, 13cm 7,8dBm, -9dBm 9cm and 6cm -17.5dBm. The phase noise of hackrf is shown in Figure 35. Phasenoise hackrf versus HP8563A(10MHz) + SSCW702 (432MHz) . The version of GRC is 3.7.5. This was a design difference to something newer version Pentoo, but in the same function.

Werden die Sendesignale nicht mit GNUradio, sondern im KomandoZeilenmodus erzeugt, ergeben sich abweichende Leistungen und Spektren. Das (Bild 32) zeigt das erzeugte Signal im KZ-modus mit Filterfunktion ZF=2200MHz LO=3496MHz (904MHz geht genauso). Das Spektrum ist sauberer und die Augangsleistung etwas geringer. (Bild 33) zeigt das von GNUradio erzeugte Signal mit OSMOCOM SINK. Das Wave file wurde von dem ersten Beispiel auf 435MHz (20sek FM Träger) genommen: hackrf_transfer -t sprachtest.wav -f 1296150000 -i 2200000000 -x 47 -m 1 -o 3496000000 -b 10000000 -s 10000000 . hackrf_transfer -t sprachtest.wav -f 1296150000 -x 47 -b 10000000 -s 10000000 (Bild 34) zeigt das Spektrum ohne Filterfunktion. Für die unterschiedlichen Leistungen und schlechte Rauschzahl (NF) ist wohl die die zusätzliche Filterdämpfung und die vielen Umschalter im (4 Schalter) Sende- und Empfangspfad, und auch das PCB Material (FR4 in hackrf) usw, verantwortlich.

If the transmission signals produced not with GNUradio, but in Commandline mode, there are differing services and spectra. The (Figure 32) shows the signal generated in the CL-mode with filter function IF = 2200MHz LO = 3496MHz (904MHz is the same). The spectrum is cleaner and the Power Level somewhat lower. (Figure 33) shows the signal generated by GNUradio with OSMOCOM SINK. The Wave file was taken from the first example of 435 MHz (FM carrier 20sec): hackrf_transfer -t sprachtest.wav -f 1296150000 -i 2200000000 -x 47 -m 1 -o 3496000000 -b 10000000 -s 10000000 . hackrf_transfer -t sprachtest.wav -f 1296150000 -x 47 -b 10000000 -s 10000000 without filter result (see Figure 34) For the different services and poor noise figure (NF) is probably the addional filter attenuation and the many switches in (4 switches) transmit and receive paths, and also the PCB material (FR4 in hackrf), etc, responsible. Receiver 23-6cm Fortsetzung folgt To be continued