IoT技术-用HackRF做一个私网LTE基站

简介: 本文中涉及到国家通信安全。请不要随便尝试。如若尝试后造成任何后果与本文作者无任何关系。

整体介绍

下面是从HackRF One官网上抄录的一段:

来自Great Scott Gadgets的Hackrf One是一款软件定义的无线电(SDR)外围设备,能够传输或接收1MHz到6GHz的无线电信号。Hackrf One旨在测试和开发现代和下一代无线电技术,是一个开源硬件平台,可作为USB外设使用或编程用于独立操作。
HackrfOne有一个注塑塑料外壳,附带一根微型USB电缆。不包括天线。建议将ANT500作为Hackrf One的启动天线。Hackrf One是射频系统的测试设备。它还没有被测试是否符合无线电信号传输的规定。您有责任合法使用您的hackrf。
HackRF One

HackRF和树莓派一样是一款全开源的硬件项目。不过HackRF的主要是为了提供廉价的SDR方案,作者Mike Ossmann,这个开源项目的代码和文档都在github上。HackRF跟其他的SDR方案相比是一款覆盖频率最宽,而且价格最低廉的SDR板卡。并且它几乎所有的信息都是开源的,Github仓库中还包括KiCad文件。缺点是它没有FPGA,使用的低速的USB2接口,ADC/DAC的精度比较低。总的来说,HackRF非常适合那些对开放性要求很高的黑客,和那些那些对价格敏感的用户。

Taylor Killian在13年8月发表了一篇关于SDR硬件对比的博文,翻译版: 三款SDR平台对比:HackRF,bladeRF和USRP这篇文章对比了当时的三种SDR方案,并且对HackRF的评价也不低。再根据另外一遍2019年10个流行的软件定义无线电(SDR)

下面是HackRF参数:

LPC4320/4330: ARM Cortex M4处理器, 主频204MHz
XC2C64A:Xilinx,CoolRunner-II系列CPLD,1500门
MAX2837:2.3GHz到2.7GHz无线宽带射频收发器
RFFC5072:混频器提供80MHz到4200MHz的本振
MAX5864:ADC/DAC, 8-bit,22MHz采样率
Si5351C:I2C可编程任意CMOS时钟生成器,有800MHz分频提供40MHz 50MHz级采样时钟
MGA-81563:0.1–6GHz 3V, 14 dBm 放大器
SKY13317:20 MHz-6.0 GHz 射频单刀三掷(SP3T)开关
SKY13350:0.01-6.0 GHz 射频单刀双掷(SPDT)开关

查找频段

因为使用工程机成本较高,并且不单独出售。所以,就找个手机作为私网的终端使用。这个手机的频段如下:

FDD LTE: B1,2,3,4,5,7,8,12,13,17,18,19,20,25,26,28,29,32,66
TDD-LTE: B34,38,39,40,41
TDS: B34,39
UMTS: B1,2,4,5,8,9,19
CDMA: BC0,BC1
GSM: B2,3,5,8

3GPPP规定的LTE协议的频段划分:
Band划分

由于LTE频谱各国不一致,导致3GPP组织在定义LTE频谱时无法如同GSM一样较为规整,所以只能定义LTE支持的频段列表供运营商、通信设备制造商等参照。所以,每个国家都会根据各自国家的情况选用频段。而国内三大运营商所使用频段:

国内频段使用情况

所以,可以选择不被国内运营商使用的频段进行通信使用。例如说:Band22,Band42,Band43。然后就对不上上面的手机频段了。那就只能用HackRF把LTE频段扫描出来,找一个离他们很远的频点进行配置。并且把发射功率调到最低。

准备

选定好不干扰正常通信的频段后,下一步就是要开始准备各项物料。并开始测试系统是否能正常运行。下面是要准备的内容:

  1. 空白/虚拟SIM卡
    淘宝有卖,可以买几张。
  2. SIM卡开卡器
    淘宝上有卖,可以买一个。
  3. 测试手机
    支持多频段的手机,或者lte网卡。
  4. 调试机
    连接HackRF的机器,编译环境运行的机器。
  5. 编译环境
    交叉编译工具链。
  6. 测试软件

    • 联通测试软件
    • 频段检测软件
    • lte代码
  7. HackRF

    • 调试连接线
    • ANT500天线
    • HackRF
    • GPS时钟源/GPS蘑菇头

    - 电源

调试HackRF One

这里要做的就是让手机可以在私网LTE基站下拨通电话,所以,不考虑太多其他的内容。例如:核心网,计费等。

我们这里使用开源的LTE源代码,可以选用:openlte或者srsLTE进行相关的lte支持。

可以参照 构建ARM Linux交叉编译工具链 详解进行交叉编译环境的搭建,参照“HackRF+电池”独立中继1090MHz ADS-B信息经BTLE链路至手机做固件打包刷如。可以参考Software Defined Radio with HackRF, Lesson 2:DSP整一下DSP,参考Software Defined Radio with HackRF, Lesson 5:HackRF One中的相关调试工具。

具体过程我就不写了。因为我这怕这篇过不了审。

总结

最重要的是国家通信安全的问题。不要触犯国家法律。也不要在法律的边缘试探。

参考:

HackRF,一款简易的开源软件无线电平台
HackRF - SDR的技术原理介绍及案例分析
使用HackRF解调TDD-LTE信号

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