用软件定义无线电可以做的五十件事

上周，作者进行了一次穿越电磁频谱的冒险。电磁频谱就像一个始终围绕着我们的无形世界，能让我们做很多惊人的事情，如无线电和电视的传输、使用 Wi-Fi 或手机通信等。

“制作 50 件东西”技巧

几年前作者在 Vi Hart 的《五十个 Fizzbuzzes》中听说了这个技巧，之后在 2021 年一个周末制作了五十个幻想控制台 TIC-80 的程序，这次决定用软件定义无线电（SDR）再尝试一次。

什么是 SDR？

SDR 本质上是依赖计算机进行大部分数据处理的无线电，不依赖太多模拟硬件，大部分功能是“在软件中定义”的，通常能检测到比普通调频收音机宽得多的电磁波范围。作者因阅读Albert 的项目而对 SDR 感兴趣。

需要的东西

硬件：现在流行且便宜的 SDR 是RTL-SDR Blog V4，形似简单的 USB 加密狗，约 30 美元，带伸缩天线的套件约 50 美元，作者这周使用的是这个 USB 加密狗、天线套件和一段长电线。若不想购买，很多人通过互联网使 SDR 可用，可在这里找到地图。
使用天线：作者尽量将天线调整到所需频率，大多数应用使用套件中的偶极天线，一般将整个天线长度设为要接收波长的一半且垂直放置，例如接收 100 MHz 左右频率时天线长 1.4 米，接收更高频率时使用套件中的小螺丝天线。对于接收卫星或飞机定位器等特殊应用，使用特殊配置。
软件：作者最喜欢并用于很多事情的软件是SDR++，它能很流畅地探索频谱且有现代用户界面，也使用了很多其他 Linux 软件。

周一

收听 FM 广播：频率 87.5 - 108 MHz，调制为 FM，使用 SDR++软件，发现本地一个为公民团体提供 1 小时时段的电台。
收听 Freenet：频率 149.01 - 149.11 MHz，调制为 FM，听到有人在测试设备，还听到一些短传输。
接收机场的天气状况：频率因机场而异，搜索词为“ATIS”，调制为 AM，收到汉堡机场的自动终端信息服务，了解到当前气压。
收听飞机通信：在德国不允许收听“非公众信息”的通信。
通过 ADS-B 追踪飞机：频率 1090 MHz，协议为 ADS-B，制作了第一个天线并使用 SDRangel 软件解码信号，看到了大小飞机和直升机。
收听立体声FM 广播：频率 87.5 - 108 MHz，调制为 FM，解释了立体声音频传输的原理，包括 19kHz 的导频音等。
接收道路交通信息：频率 87.5 - 108 MHz，通过将导频音频率乘以 3 可接收包含电台名称、流派和当前歌曲等数字元数据的信号，还通过 Excel 表查到相关道路信息。
收听 2 米业余无线电波段上的对话：频率 144 - 146 MHz，调制为 FM，似乎是一个由 15 公里外的中继器促进的对话圈，人们在谈论天线、中继器和 Windows XP。
收听数字广播：频率 174 - 240 MHz，使用 SDRangel 软件的数字音频广播解调器，看到很多电台且其中一个节目有“封面图像”。
收听 PMR446：频率 446.0 - 446.2 MHz，调制为 FM，这是“私人移动无线电”频段，活动不多，听到一些语音和疑似数字传输。

周二

读取邻居的传感器：频率 433.05 - 434.79 MHz，使用解码器[rtl_433]看到两个输出当前温度、湿度和气压的传感器，还看到一些“IBIS 信标”。
追踪船只：频率 162.025 MHz，接收来自船只的 AIS 信息，包括[MS Stubnitz]的状态和速度。
检测 GSM 活动：频率 876 - 959 MHz，通过借用 GSM 手机并调至正确频率进行测试，发现能“看到”通话音量。

周三

接收卫星信号：频率 136 - 138 MHz，使用[gpredict]程序找到卫星经过时间，首次接收到 NOAA 卫星信号但未正确解码。
欣赏 TETRA 信号：在德国，警察使用加密数字协议 TETRA，作者只是在 SDR++中查看漂亮的信号。
收听出租车调度员：这是不允许收听的非公众通信。
思考神秘信号：在不同频率发现一些无法识别的信号，如 865 - 868 MHz 的缓慢连续数字信号和 177 - 180 MHz 的宽带传输。
追踪气象气球：频率 400 - 405.9 MHz，在追踪网站看到汉堡发射的气象气球，SDRangel 可解码其传输。
搜寻气象气球：作者进行实地追踪，气球提前破裂，最终未找到，但结识了一位业余无线电操作员朋友。
接收业余数据包无线电：频率 144.8 MHz，在 2 米业余波段的特定频率接收自动数据包报告系统的信号，看到一些重复器和广播位置的信息，SDRangel 可创建地图。

周四

制作天线：制作一个简单的“随机线”天线，长 21.6 米，直接连接到 SMA 连接器并挂在房间周围，以改善低频接收。
接收来自其他国家的摩尔斯电码：频率 10.10 - 10.13 MHz，调制为 CW，在 30 米业余波段找到发送摩尔斯电码的人，使用 2 米偶极天线接收效果更好。
接收海上气象报告：频率 11.039 MHz，使用 RTTY 协议接收德国气象局的海上信息，通过[“fldigi”]软件解码。
接收来自其他国家的数字模式：频率 10.130 - 10.15 MHz，发现 FT8 协议的信号，使用[WSJT-X]软件。
检测笔记本是否充电：频率低于 1 MHz，发现拔掉笔记本充电器可解决接收问题。
看到电离层探测器和雷达信号：频率 6 - 30 MHz，偶尔听到由电离层探测器和 CODAR 雷达系统产生的信号。
收听“单边带”对话：在所有业余波段，尤其是低于 30 MHz 的波段，使用 SDR++收听单边带对话，如来自塞尔维亚的信号。
收听来自世界另一端的 AM 广播：频率在短波频段低于 26 MHz，晚上低频无线电波可绕地球传播更远，听到很多广播电台。

周五

收听 CB 无线电：频率 26.965 - 27.405 MHz，调制为 FM 或 AM，使用随机线天线接收，发现这是卡车司机常用的频段，信号非常嘈杂。
评估无线电波的传播使用信标：频率 14.100、18.110、21.150、24.930 和 28.200 MHz，调制为 CW，接收到来自芬兰南部的信标信号。
接收时间信号：频率 9996 kHz，调制为 CW，接收俄罗斯的“RWM”时间信号，每秒嘀嗒一次，每分钟长嘀嗒一次。
接收气象传真：频率 3855、7880 和 13882.5 kHz，使用 fldigi 的“WEFAX-576”设置解码德国气象局的气象图。
解码来自气象卫星的图像：频率 137.62、137.9125 和 137.1 MHz，接收美国 NOAA-15 卫星的部分图像，使用 SDR++记录并使用[noaa-apt]解码。
估计卫星的速度：频率 136 - 138 MHz，通过记录 NOAA-15 卫星的传输发现多普勒效应，计算出相对速度约为 9 km/s。
收听数字电台：频率在 5 - 30 MHz 之间，这些电台发送加密消息，作者收听了一个疑似莫斯科的电台。

周六

接收业余无线电操作员的图像：频率 14.230、14.233、21.340、28.680、145.625 MHz，使用“SSTV”协议接收业余无线电操作员发送的明信片图像。
收听 The Buzzer：频率 4625 kHz，调制为上单边带，这是一个神秘的俄罗斯电台，通常发送鸣叫声。
捕捉 LoRaWAN 啁啾声：频率 868.1 - 868.5 MHz，这是一种低功耗、广域网络协议，通过在 SDR++中进行基带捕获并在[Sonic Visualizer]中打开记录来寻找信号。
读取公用事业仪表的数据：频率 868.95 MHz，设备通过 Wireless M-Bus 协议发送读数，使用[wmbusmeters]解码消息。
“观看”电视：频率 174 - 786 MHz，芯片在 SDR 模式下可发送全频谱，但在德国不支持 DVB-T2 模式，只能滚动浏览频道。
追踪汽车和公交车：频率 433.05 - 434.79 MHz，在大路口发现 IBIS 信标是公交车发送的，还看到汽车的胎压监测系统消息。
接收来自卫星的摩尔斯电码：频率 145.860（状态信息）和 145.960（信标），调制为 CW，接收到意大利卫星“Max Valier”的摩尔斯电码信号。

周日

检测智能手机何时开机：频率 13.56 MHz，使用随机线天线可看到智能手机的 NFC 收发器在每秒发射几次，解锁屏幕时会发射五次强哔声。
使用一本书进行无线通信：频率 13.56 MHz，通过靠近 NFC 标签使智能手机连续发射信号，用智能手机和图书馆书在房间之间发送摩尔斯电码。
接收飞机的导航辅助设备：频率 108.00 - 117.95 MHz，听到汉堡附近的导航信号，SDRangel 有解码器，计算出的角度接近实际值。
查看在频谱中能下降多低：调制大多为 AM，RTL-SDR Blog V4 加密狗的内置“上变频器”可接收低至约 500 kHz 的频率，作者能接收的第一个可理解的电台始于 1 MHz。
查看在频谱中能上升多高：SDR 加密狗的芯片最高可达 1766 MHz，但上面很安静，作者在业余波段找到三条线但可能是来自加密狗或其他设备。

回顾与展望

作者完成了“50 件用软件定义无线电可做的事情”，这七天学到了很多关于无线电波的知识，还有很多未尝试的事情，如接收数字语音模式、ISS 信号等，未来可能会获取业余无线电许可证并继续探索。同时感谢 Piko、Chris 和 Cqoicebordel 校对博客文章。欢迎在联邦网络上添加评论或通过邮件联系作者，也可在 Patreon 上支持作者或订阅其 newsletter。