QuadRF kann Drohnen erkennen und WiFi durch Wände sehen

• QuadRF ist ein tragbares Phased-Array-Radio, das einen Raspberry Pi 5 mit einem FPGA-Board mit Timing im Pikosekundenbereich kombiniert und die RF-Umgebung von 4,9 bis 6 GHz per Beamforming und Signalverarbeitung visualisiert
• WiFi-Pakete, die sich durch die Luft bewegen, können auch ohne physische Verbindung beobachtet werden; RF-Streaming- und Decoding-Daten können anschließend von leistungsfähigeren Computern analysiert werden
• In Tests erschien ein 5-GHz-WiFi-Netzwerk als farbige Blobs in einer AR-Ansicht, und auch eine DJI Mini Pro 4 wurde am Himmel problemlos erkannt
• Die MIPI-Lanes des Raspberry Pi 5 werden für I/Q-Streaming genutzt und verarbeiten latenzarme Vollduplex-Übertragungen mit über 5 Gbps; das gilt als einfacher und stabiler als USB
• Die UI ist noch roh, und bei einem Crowdfunding-Produkt sollte man keine sofortige Lieferung erwarten; nach einer Woche Nutzung zeigte sich die Praxistauglichkeit jedoch so deutlich, dass das vorbestellte Gerät weiterhin erwartet wird

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Grundkonzept und Einsatzmöglichkeiten von QuadRF

• QuadRF ist ein Phased-Array-Radio auf Basis eines Raspberry Pi 5 und eines FPGA-Boards; es nutzt Timing im Pikosekundenbereich für fortgeschrittene Signalverarbeitung und Beamforming
• WiFi-Pakete bewegen sich durch die Luft und können daher auch ohne physischen Netzwerkzugang beobachtet werden; QuadRF bringt integrierte Software zum Streamen und Decodieren von RF mit
• Werden die Daten an einen leistungsfähigeren Computer übergeben, lassen sie sich für Aufgaben wie WiFi-Traffic-Analyse nutzen
• Die Position ist, dass es besser ist, die Möglichkeiten solcher Werkzeuge zu verstehen und schlechte Sicherheitspraktiken offenzulegen, statt das Werkzeug selbst zu verbieten

Bezug zum Moon-scale-Antennenarray-Projekt

• QuadRF ist ein Gerät, an dem Martin McCormick als Teil eines größeren Projekts arbeitet; dieses Projekt zielt auf ein Moon-scale-Antennenarray für EME(Earth-Moon-Earth)-Funkexperimente und Radioastronomie ab
• Martin McCormick war früher bei SpaceX in dem Team tätig, das das bestehende Starlink-Terminal Dishy entwickelt hat
• Dieses Phased-Array-Antennensystem soll nicht an ein proprietäres Satellitensystem gebunden sein, sondern lizenzierten Betreibern ermöglichen, mehrere QuadRF-Module zu verbinden und für Funkexperimente zu nutzen
• Durch die Verbindung mehrerer Module sind bis zu 1,15 MW EIRP möglich, was einem hohen Gewinn einer Richtantenne entspricht
• Das auf Tragbarkeit verkleinerte QuadRF selbst ist nicht stark genug, um Signale bis zum Mond zu senden, ist aber für lokale SDR-Anwendungen im Bereich von 4,9 bis 6 GHz und zur Visualisierung der RF-Umgebung nützlich

Prototypentest und Nutzungsablauf

• Für Tests gemeinsam mit seinem Vater wurde bei Martin McCormick ein Prototyp angefragt; zusätzlich war bereits eine Vorbestellung bei Crowd Supply aufgegeben worden
• Der Basiskit bei Crowd Supply kostet 499 US-Dollar
• Nach dem Einschalten bootet der Raspberry Pi und erstellt einen WiFi-Hotspot
  • Nutzer verbinden sich mit diesem Hotspot und rufen anschließend http://quadrf/ auf
  • Diese Seite startet eine VNC-Session im Browser
  • GNU Radio, SDR-Software und ein eigenes AR-Tool zur RF-Visualisierung können ausgeführt werden
• Die gesamte UI ist noch roh, aber angesichts der Tatsache, dass alles auf einem Raspberry Pi 5 läuft, ist die Performance beeindruckend

AR-RF-Visualisierung und reale Beobachtungsergebnisse

• Unter der mitgelieferten Software gilt das AR-Visualisierungstool als spannendste Funktion, ist für praktische SDR-Anwendungen aber weniger nützlich
• Nutzer können die Ausrichtung zwischen Kamera und Phased Array sowie den Receiver-Gain anpassen
• Das Visualisierungstool zeigt Frequenzen von 4,9 bis 6 GHz als farbige Blobs an
  • In der frühen Version wird auf dem Display keine Skala angezeigt
  • In einem Studio-Test erschien ein 5-GHz-WiFi-Netzwerk auf Channel 100 bei etwa 5,5 GHz hellblau
  • WiFi-Netzwerke in der Umgebung erscheinen rot oder grün
• Das Mobile Expansion Pack enthält einen Akku und eine Handyhalterung und ermöglicht damit die Echtzeitanalyse eines Teils des C-Bands unterwegs
• In einem Test, bei dem eine DJI Mini Pro 4 hinter dem Studio geflogen wurde, erkannte QuadRF die Drohne problemlos am Himmel
  • Je weiter sich die Drohne entfernte, desto höher musste der Gain eingestellt werden, um sie weiter sehen zu können
  • Beim Herumtragen des Geräts war die UI etwas umständlich; AGC oder eine einfachere Gain-Steuerung wären wünschenswert
• Die Crowdfunding-Kampagne übertraf die Erwartungen, und das Gehäuse soll von der im Test verwendeten 3D-gedruckten Version auf Spritzguss umgestellt werden

Hochbandbreiten-RF-Streaming über MIPI des Raspberry Pi 5

• Ein besonders interessanter Aspekt von QuadRF ist die Nutzung der MIPI-Lanes des Raspberry Pi für latenzarmes SDR-I/Q-Streaming
• Laut der QuadRF Documentation bietet das Streaming von I/Q über die Kamera- und Display-FFC-MIPI-Anschlüsse des Pi mehrere Vorteile
  • MIPI kann über den RP1-Chip des Pi latenzarme Vollduplex-Datenübertragung mit über 5 Gbps verarbeiten
  • Es ist einfacher und stabiler als USB
  • Es verursacht auf dem RF-Board kaum zusätzliche Hardwarekosten
  • Hunderte MSPS an I/Q lassen sich ohne Aussetzer oder Sample-Verluste aufrechterhalten
• Für diese Implementierung musste offenbar das MIPI-Protokoll des Pi 5 über den RP1-Chip reverse-engineered werden
• Die Architektur erlaubt es, mehrere QuadRF-Module per Daisy Chain zu verbinden, wobei jedes Modul seine eigene Phasenverschiebung berechnen kann
• PCIe wäre ebenfalls eine Alternative, doch die MIPI-Implementierung lässt den PCIe-Anschluss für schnellen Speicher oder für schnelleres Networking als die Standardausstattung des Pi frei

Einschränkungen von Vorseriengerät und Crowdfunding-Produkt

• Da es sich um Testergebnisse mit einem Vorseriengerät handelt, sollten alle Beobachtungen mit Vorsicht betrachtet werden
• Bei Produkten aus Crowdfunding-Kampagnen sollte man auch als Unterstützer nicht erwarten, dass sie sofort geliefert werden
• Anfangs bestand Skepsis, wie nützlich und unterhaltsam ein kleines tragbares Phased-Array-Gerät sein würde; nach einer Woche Nutzung wartete man jedoch auf die Lieferung des vorbestellten Produkts

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Ich bin der Entwickler von QuadRF. Wenn ihr Fragen habt, beantworte ich sie gern.
  Es gibt auch ein kurzes Demovideo: https://m.youtube.com/watch?v=QvniJk3uNyA
  Und ein Video, das tiefer ins Detail geht: https://m.youtube.com/watch?v=zdJ9Tbm8ALg
  Ich habe Jeff nicht richtig durch die Kalibrierung der Kameraausrichtung oder die Einstellung der Funkverstärkung geführt, aber offenbar hat er das meiste selbst herausgefunden. Auf Basis seiner Vorschläge verbessere ich gerade die UI, und da es Open Source ist, kann man es auch selbst anpassen.
  RF-Augmented-Reality ist nur eine von mehreren Anwendungen eines von Grund auf neu entwickelten 4x4-MIMO-Software-Defined-Radios. Bei der AR streamt eine Web-App RF-Punkte, und der Browser auf dem Handy/Laptop kombiniert sie in Echtzeit mit dem lokalen Kamerabild. Wir haben uns auf niedrige Latenz und hohe Frameraten versteift, damit es sich wie echte AR anfühlt; technische Details stehen auf https://QuadRF.com/.

  • Der wirklich interessante Teil hier ist der Custom ADC. Er sieht aus wie ein 1-Bit-ΣΔ-oversampling-ADC mit etwa 704 MSPS, offenbar mit einem einzelnen differentiellen Transistor, der über den LVDS RX des FPGA erfasst wird.
    Das scheint ein cleverer Weg zu sein, Kosten und Pin-Anzahl zu senken, aber normalerweise haben FPGA-Clock-Trees keine besonders gute Jitter-Performance. Ohne interne PLL lassen sich Spurious-Signale vielleicht reduzieren, aber Clock-Buffer kann man nicht vermeiden.
    In der Doku steht auch, dass das durch Rauschen von Schaltreglern weiter verschlechtert werden könnte. Die Freude daran, RF-Rauschquellen zu jagen.
  • Das Produkt sieht cool aus; ich weiß noch nicht, wofür ich es verwenden werde, habe es aber direkt bei Crowd Supply gekauft.
    Mich interessiert, wie ihr den Frequenzbereich auf 4,9–6 GHz festgelegt habt. Höherfrequentes WiFi wird man damit visualisieren können, 2,4-GHz-WiFi oder Bluetooth aber wohl nicht. Wären Hardware oder Antennen deutlich komplexer und teurer geworden, wenn auch dieses Band unterstützt würde?
  • Ein sehr cooles Projekt, das ich schon länger verfolge. Ich frage mich, ob ihr euch von Erde-Mond-Erde-Radioastronomie wegbewegt.
    Als ich die Seite zum ersten Mal gebookmarkt habe, lag sie unter https://open.space.
  • Wenn man zwei dieser Geräte mit etwas Abstand voneinander aufstellt, könnte man dann bessere 3D/4D-Daten bekommen?
  • Cool. Ich habe eine kurze Erklärung gesehen, dass es für Mesh-Netzwerke eingesetzt werden könnte; gibt es dazu eine ausführlichere Erklärung oder Links zu Lernmaterial?

• Ich weiß nicht, was „WiFi durch Wände sehen“ bedeuten soll. Jeder, der WiFi benutzt hat, weiß, dass es durch Wände hindurch funktioniert.
  Wenn man in einer Wohnung versucht, sich mit WiFi zu verbinden, tauchen Dutzende andere Netzwerke auf. Daher wirkt dieser Titel fast wie eine bedeutungslose Formulierung.

  • Wenn man „sehen“ hier als visualisieren versteht, ergibt es meiner Meinung nach Sinn.

• In dem Kontext, dass man sich fragt, wozu Regierungen alles fähig sein könnten: Ich hatte diesen Artikel ein paar Minuten vor meinem Besuch auf HN gelesen, und dann war genau dieser Beitrag da.
  [0] https://www.prnewswire.com/news-releases/the-future-takes-fl...

• Irgendwann möchte ich so etwas für Schall bauen. Es wäre gut, Richtung und Entfernung bestimmen zu können, aus der ein Geräusch kommt.
  Im kleinen Maßstab könnte man herausfinden: „Welches Bauteil quietscht?“, im großen Maßstab: „Kommt dieses Dröhnen von der Baustelle ein paar Blocks weiter?“

  • Fluke baut schon seit einiger Zeit Akustik-Imager, die zur Lecksuche eingesetzt werden.
    https://www.fluke.com/en-us/product/industrial-imaging/fluke...
  • Echtzeit-Visualisierung von Schall war tatsächlich ein Projekt, das ich vor 20 Jahren im ersten Studienjahr gemacht habe, und vielleicht der Auslöser dafür, dass wir diese AR-App bei QuadRF gebaut haben.
    Alles in allem war diese RF-Version ungefähr 200-mal schwieriger.
  • Ein Besuch bei Orfield Labs in Minnesota wäre empfehlenswert.
  • Ich weiß nicht, ob du davon gehört hast, aber Produkte, die eher in Richtung „welcher Teil quietscht?“ gehen und nicht bis zur Entfernungserkennung, kommen langsam auf den Markt.
    https://www.youtube.com/watch?v=l8-5lSVCR2w
  • Dieses coole Projekt könnte ziemlich interessant sein.
    https://ribbonfarm.com/2016/06/29/the-daredevil-camera/

• Die Visualisierungs-App erinnert mich an eine Wärmebildkamera.
  Ich habe schon Behauptungen gehört, dass einige Geräte, vor allem Fernseher, geheime 5G-Mobilfunk-Uplinks enthalten. Allerdings habe ich nie eine konkrete Modellbezeichnung gesehen.
  Wenn es mehr Varianten gäbe, die gängigere RF-Bänder unterstützen, könnten Leute selbst herumgehen und das tatsächlich überprüfen.
  Nebenbei: Ich vermute, dass Drei-Buchstaben-Behörden solche Technik als Werkzeug zum Aufspüren von Abhörgeräten schon sehr lange besitzen.

  • Wer würde dem Mobilfunkanbieter die Kosten für so eine 5G-Verbindung zahlen? Und ist die FCC so kaputt, dass sie nicht gemeldete Funkgeräte in Verbraucherprodukten zulassen würde?
  • Auf HN kommt dieses Thema gelegentlich auf, aber ich habe noch keinen konkreten Fall gesehen. Wenn jemand ein geheimes 5G-Modem kennt, das zur Überwachung von Menschen eingesetzt wurde, wäre es gut, das zu teilen.

• Wenn man das in Smart Glasses einbauen würde, wäre das wirklich interessant.

• Ich habe es nur grob überflogen: Erkennt das Drohnen am Himmel? Ich bin mir nicht sicher, ob ich es richtig verstanden habe.
  Wenn man an das denkt, was derzeit in Osteuropa passiert, könnte es Anwendungen im Verteidigungsbereich geben.

  • Es erkennt Drohnen, die im selben Frequenzband RF-Signale aussenden. Der Grund, warum viele in der Ukraine eingesetzte Drohnen dünne Glasfaser-Tether verwenden, ist auch, dass eine der frühen Gegenmaßnahmen gegen Drohnen darin bestand, einfach die vom Piloten verwendete Frequenz zu stören.
    Es werden auch fortgeschrittenere Gegen-Drohnen-Mittel eingesetzt, zum Beispiel gerichtete Hochenergie-Mikrowellen, die Schaltungen zerstören.
  • Das ist eine sehr standardmäßige Phased-Array-Funkpeilung, kalibriert auf WiFi-Frequenzen, und solche Geräte gibt es bereits auf jeder Rüstungsmesse.
    Deshalb wird überall gejammt, um solche Geräte blind zu machen, und viele unbemannte Systeme hängen inzwischen an Glasfaser statt per RF gesteuert zu werden.
  • Durchaus möglich.
    Etwa fünf Jahre vor der russischen Invasion 2022 arbeitete ein Freund, der Elektrotechnik auf einem unkonventionellen Weg abgeschlossen hatte, bei einer Firma, die Drohnenverfolgungsradare baute.
    Das war ein aktives System, konzeptionell ähnlich wie Radar in Luftabwehrsystemen, aber kleiner und schneller arbeitend.
    Das Gerät in diesem Beitrag ist ein passives System, das die Sender der Drohne sieht. Die Kommunikationsverbindung ist eine offensichtliche Schwachstelle von Drohnen, weil sie erkannt und gestört werden kann; dadurch scheint die Verbreitung tödlicher Angriffsdrohnen, die anonym operieren, ziemlich unvermeidlich.

• Die UI und die Ausgabe der Visualisierungs-App ähneln dem, was man von einer akustischen Kamera kennt.

• Ich frage mich, ob dieses Tool bei EMC-Konformitätstests helfen könnte. Mein TinySA braucht einen LNA, und ich frage mich, ob dieses Gerät den nötigen Noise Floor hat.

  • Ich glaube nicht, dass Profis dafür zu EMC/EMI-Tests dieses Gerät heranziehen würden. Die für diese Arbeit nötige Messtechnik haben sie bereits.
  • Dafür scheint es nicht besonders geeignet zu sein. Es ist relativ schmalbandig, und es geht auch nicht um Frequenzen, bei denen EMC-Probleme üblicherweise auftreten. Im Bereich 5–6 GHz wird etwas wahrscheinlich nichts abstrahlen, sofern es nicht absichtlich auf dieser Frequenz sendet.

• Interessant. SDRs gibt es schon seit einiger Zeit zu vernünftigen Preisen, aber die Rechenleistung für WiFi und andere digitale Signale war ziemlich schwer in den Griff zu bekommen.
  Vorausgesetzt, man kann künftig RAM kaufen, rechne ich damit, dass deutlich mehr Prosumer-Geräte für die Analyse von Rohsignalen erscheinen werden.

  • Hast du ein bestimmtes SDR im Sinn? Ich dachte, der v2-Dongle reicht nicht bis in die WiFi-Bänder. Ich wollte erst vor Kurzem SDR lernen, in der Hoffnung, dass es mir hilft, Elektromagnetismus besser zu verstehen.