HackRF One 用の sweep mode を利用するスペクトラムアナライザーで、いまいち安定して動くものが見つからなかった。WebUSB で書いてブラウザだけあれば動くようにしたら便利かと思い書いてみた。

• 実装： https://cho45.stfuawsc.com/hackrf-webusb/
• レポジトリ https://github.com/cho45/hackrf-sweep-webusb

余計なものをインストールせず、ブラウザで上のURLを開くだけで使えるので普通に便利。だけど WebUSB は今のところ Google Chrome でしか使えない。

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3. WebUSB HackRF One スペクトラムアナライザー

hackrf_sweep コマンドの動作を調べたので記録しておく。このコマンドは HackRF One のファームウェアと協調して、うまく広い帯域をスイープできるように作られている。

まずいくつか定数がある

• サンプリング周波数は 20MHz
• フィルタ周波数は 15MHz
• オフセット周波数は 7.5MHz (設定した周波数の7.5MHz上の周波数になる)
• step_width は 20MHz
• interleaved モード

とにかく interleaved モードを理解しないといけない。interleaved ではないモード (linear) は単純に step_width を足していくだけなので単純明快だが、interleaved ではファームウェア側は +5MHz、+15Mhz を繰替えしてスイープする動作をする。

これで何が嬉しいか?というと、いくらか効率を犠牲にして (スキャン時間や計算量が2倍) フィルタの減衰がかかる両端の領域や、DCオフセットがある中央の領域を捨てて綺麗な帯域だけからスペクトラムを合成できる。

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3. HackRF One の Sweep Mode の動作

HackRF という SDR 用の無線フロントエンドがある。オープンソースハードウェア。この手のものは他に LimeSDR (高い) や RTL-SDR (安い) などがあるが、HackRF は最高周波数が 6GHz までという点とコスパが良い点が大きな特徴。

アルミケース・TCXOモジュール・ロッドアンテナ付きで $125 ほど。

TCXO モジュールはインストールされていないので、一旦ケースを分解して装着する必要があった。適当にググって解決。

brew でツールが入る

brew install hackrf

TCXO がちゃんと認識されているかはこれでわかる (ref. HackRF One · mossmann/hackrf Wiki · GitHub

hackrf_debug --si5351c -n 0 -r 
[  0] -> 0x01 # 認識されている場合
[ 0] -> 0x51 # 認識されていない場合

これらのツールはあくまでCUIツールなので、GUI で何かするためには他ものがいる。Mac だと Gqrx はデフォルトで HackRF の入力に対応しており復調もできる。

スペクトラムアナライザーっぽく使えるのだとqspectrumanalyzerが一応使える。ただし非常に重く、よく落ちてしまう。

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3. HackRF One で遊ぶ

「設定」→「共有」→「画面共有」という項目がでるはずだが、ない場合、vino (gnome desktop 環境の vnc サーバコンポーネント) がインストールされていない。おそらく初回セットアップ時の構成によるのだろう。

sudo apt install vino

して「設定」を再起動すれば項目が出現する。

また、このままだと macOS から接続できない (互換性がないと言われる)。encryption を切ってやれば接続できる。SSH でポートフォワードする場合 vnc レイヤーでの暗号化は特に必要ないので無効にしても良いだろう。

export GIO_EXTRA_MODULES=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/gio/modules/ # Using the 'memory' GSettings backend.  Your settings will not be saved or shared with other applications.

sudo  gsettings set org.gnome.Vino require-encryption false
sudo  gsettings   get org.gnome.Vino require-encryption # 確認

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3. Ubuntu 18.04 の VNC (画面共有)

set-option -g status-left "#[fg=colour255,bg=colour23]#{?client_prefix,#[bg=colour202],}#{?#{==:#{pane_mode},copy-mode},#[bg=colour208] COPY , [#I #D] }"

こんな感じで設定すると、通常は [4 %7] (4はwindow番号、%7はpane識別子)みたいになり、prefix 入力中は色が変化し、copy モードに入ると、さらに別の色で COPY という表示がでるようになる。

man tmux すると #{?foo,true,false} みたいな記法とか #{==:#{var},foo} みたいな記法について記述があり割と柔軟に設定できた。

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3. tmux で prefix 入力中や copy モードをわかりやすくする

GNU screen をずっと使っていたけど、なんとなく tmux に移行した。256色カラーとかがデフォルトで有効なのがとりあえず良いかな。

ずっと screen を使っていたといっても特に使いこなしまくっているわけではないので、普通に使う分には多少の設定でほぼ違和感なくすることができた。2重 tmux も大丈夫。

前に tmux いいよみたいな流行がでたとき移行しなかったのはなんか不愉快な人が使っていたからで特に tmux に罪はなかったが、そういう記憶も忘れたので、そろそろいいかという気がする。

• 基本の設定 https://github.com/cho45/dotfiles/blob/master/.tmux.conf
• 特定ホストの場合は(多重になるので) prefix を変更するコマンドを実行するhttps://github.com/cho45/dotfiles/blob/master/.zsh/host-mary.zshrc#L8

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3. tmux に移行した

GNU screen のとき定義していた cdd という、既に開いている別ウィンドウのディレクトリにcdするコマンドがあった(ref. cdd とお別れして、別の cdd を定義した | tech - 氾濫原 )。このままでは tmux で動かないので書きかえた。

function cdd() {
	typeset -A mapping
	local window=$1
	mapping=($(tmux list-windows -F '#{window_index} #{pane_current_path}'))
	local dir=$mapping[$window]
	if [[ $dir == "" ]]; then
		echo "window not found"
	else
		cd "$dir"
	fi
}

GNU screen のときはややトリッキーなことをしていたけど、tmux だとlist-windows の出力を工夫するとマッピングを直接得られるので、zsh の連想配列に入れてそのまま取得できた。(逆に、tmux だと環境変数にウィンドウ番号は入っていないので、screen のときの方法だとうまくできない)

今のところ自分は window 内を複数 pane に分割しないのでこれでうまくいくんだけど、分割すると結果が不定になりそう。

元々書いてた cdd は引数なしで実行するとリストを表示して選択して cd できるようにしていたけど、全く使わなかったので機能自体をなくした。

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3. tmux 用の cdd (ウィンドウ番号を指定して cd)

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3. WebAudio でブラウザで動く SDR をつくる

ComplexAnalyserNode (WebAudio) を作った (IQ信号のFFT) | tech - 氾濫原 に続き、WebAssembly を使って複素 FIR Filter を行う AudioWorkletNode の実装を書いてみた。前回と同様 Rust と wasm_bindgen を使っている。Rust 側の実装はとても素朴。

• https://github.com/cho45/complex-fir-filter-node/blob/master/complex-fir-filter-node.js
• https://github.com/cho45/complex-fir-filter-node/blob/master/src/lib.rs

Analyser と違うのは、直接信号に手を加える必要があるというところ。つまり AudioWorklet 内で wasm の実装を呼ぶ必要がある。

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3. WebAudio ComplexFirFilterNode AudioWorklet

https://github.com/cho45/complex-analyser-node

WebAudio の AnalyserNode は実数計算しかしないタイプ (仕様でそう決まっている) ですが、IQの2ch入力の信号を FFT して表示したいので、ほぼ類似のAPIを持つComplexAnalyserNodeを作ってみました。

簡単な割に IQ 信号を WebAudio で処理する際のデバッグに便利です。

FFT部分はwasmにコンパイルしたrustfftを呼んでおり、自分では実装していません。

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3. ComplexAnalyserNode (WebAudio) を作った (IQ信号のFFT)