В спецификациях HackRF Pro мы упоминали улучшенные характеристики ВЧ-тракта по сравнению с HackRF One. Теперь, когда окончательная доработка ВЧ-входного каскада завершена, а производство уже налажено, мы хотим подробнее рассказать об этих улучшениях.
Одним из ключевых параметров радиоприёмных устройств является чувствительность — она показывает минимальную мощность сигнала, которую приёмник способен обнаружить. Однако для аппаратных средств программно-определяемого радио (SDR) чувствительность сложно определить однозначно, поскольку она сильно зависит как от используемой схемы модуляции, так и даже от конкретной программной реализации.
Поэтому вместо чувствительности удобнее использовать коэффициент шума (Noise Figure) — эту величину, характеризующую ухудшение отношения сигнал/шум, вносимое компонентами ВЧ-тракта. Коэффициент шума хорошо описывает вклад аппаратной части в достижимую чувствительность: чем выше коэффициент шума, тем больше собственных шумов и/или потерь вносит приёмник, а значит — тем хуже его характеристики. Следовательно, стремятся к как можно более низкому коэффициенту шума.
На всём протяжении разработки HackRF Pro мы использовали измерения коэффициента шума для оптимизации ВЧ-входного каскада и алгоритма выбора частот гетеродина (LO) и промежуточной частоты (IF). Для этого применялся переключаемый широкополосный генератор шума с известным уровнем (HP 346B) в связке с плагином измерения коэффициента шума в программе SDRAngel.
Ниже приведено сравнение между HackRF One и окончательным прототипом HackRF Pro:
На графике представлены типичные ожидаемые значения, измеренные на одном экземпляре HackRF One и одном прототипе HackRF Pro. Возможны небольшие отклонения от экземпляра к экземпляру, а также при дальнейших изменениях в алгоритме перестройки. Кроме того, измерения довольно чувствительны к внешним радиопомехам, поэтому на результат могут влиять фоновые радиосигналы в лаборатории.
График демонстрирует устойчивое улучшение почти во всём диапазоне частот, особенно выраженное на высоких частотах. В частности, расширенный диапазон выше 6 ГГц теперь стал значительно более полезным. Кроме того, кривая стала гораздо более гладкой — благодаря улучшенному проектированию печатной платы, повышению целостности сигнала и доработанному алгоритму перестройки.
Чтобы наглядно показать, как эти улучшения проявляются на практике, я провёл дополнительное сравнительное испытание: одновременный приём данных ADS-B (информация о местоположении воздушных судов) на HackRF One и HackRF Pro. Оба устройства расположил у окна в довольно сложных условиях: ограниченный обзор неба, горизонт полностью закрыт зданиями — большинство сигналов приходило по отражённым путям и было довольно слабым. К каждому устройству была подключена простая дипольная антенна, настроенная на 1090 МГц, без дополнительных усилителей или фильтров.
На следующем графике показано максимальное расстояние до захваченных ВС после нескольких часов сбора данных: HackRF One — красным цветом, HackRF Pro — синим:
В этом эксперименте HackRF Pro обеспечил прирост максимальной дальности приёма примерно на 15–50 км, а также принял вдвое больше валидных сообщений.
Затем, чтобы оценить потенциал устройства в благоприятных условиях, я вывез HackRF Pro на возвышенность с почти круговым обзором горизонта — и получил данные от ВС на расстоянии почти до 400 км!
Я был по-настоящему впечатлён таким результатом — и всё это достигнуто только за счёт прямого подключения антенны, без каких-либо внешних усилителей или дополнительных средств.
Эти эксперименты с ADS-B наглядно подтвердили, что наши усилия по снижению коэффициента шума в HackRF Pro дали реальный выигрыш в чувствительности приёма в практических условиях. И мы с нетерпением ждём, какие интересные применения найдут пользователи для этого устройства.
Great Scott Gadgets — перевод статьи
