Какви новини има в радиоефира? Приемаме и декодираме най-интерсните сигнали. Част 2, УКВ

Здравей, Хабр.

В първата част бяха описани някои сигнали, които могат да се приемат на дълги и къси вълни. Не по-малко интересен е УКВ диапазонът, в който също може да се намери нещо интересно.

Както и в първата част, ще разгледаме тези сигнали, които може да се декодират самостоятелно с помощта на компютър. Който е заинтересован как работи това, продължението е под кат.

В първата част използвахме холандския онлайн приемник за прием на дълги и къси вълни. За съжаление, за УКВ подобни услуги няма — диапазонът на честотите е твърде голям. Затова желаещите да повторят описаните по-долу експерименти ще трябва да си набавят собствен приемник, от най-евтините може да се отбележи RTL SDR V3, който може да бъде закупен за 30$. Този приемник покрива диапазона до 1.7ГХц, всички по-долу описани сигнали са приети именно с него.

И така, да започнем. Както и в първата част, сигналите ще разглеждаме по нарастваща честота.

FM-радио

Самото FM-радио едва ли ще учуди когото и да било, нас обаче ще ни интересува RDS. Наличието на RDS (Radio Data System) осигурява предаването на цифрови данни "вътре" в FM-сигнала. Спектърът на FM-станцията след демодулация изглежда така:

На честота 19КХц е разположен пилотен тон, а на утроената му честота 57КХц се предава сигналът RDS. На осцилограмата, ако се изведат и двата сигнала заедно, изглежда приблизително така:

С помощта на фазова модулация тук е кодирано нискочестотно сигнала с честота 1187.5Гц (между другото, честотата 1187.5Гц също не е избрана случайно — това е честотата 19КХц пилотния тон, разделена на 16). След това, след побитово декодиране, се разшифроват пакетите данни, типове, които са доста много — освен текст, могат да се предават например, алтернативни честоти на радиостанцията, и при влизане в друга област приемникът може автоматично да се настрои на нова честота.

Да приемете RDS-данни от местни станции можете с програмата RDS Spy. Може да бъде свързана през HDSDR, ако изберете модулация FM, ширината на сигнала 120КХц и битрейт 192КХц, както е показано на изображението.

След това е достатъчно да пренасочим сигнала с помощта на Virtual Audio Cable от HDSDR към RDS Spy (в настройките на VAC също трябва да зададете битрейт 192КHz). Ако всичко е направено правилно, ще видим цялата информация за RDS, много повече, отколкото обикновения домашен радиоприемник ще покаже:

Освен FM, между другото, може да се декодира и DAB+, за което имаше отделна статия. В Русия той все още не работи, но в други страни може да е актуален.

Авиодиапазон

Така исторически се е сложило, че в авиацията се използва амплитудна модулация (АМ) и честотен диапазон 118-137MHz. Разговорите между пилотите и диспечерите не са криптирани и всеки желаещ може да ги приеме. Преди 20 години за това "преправяха" обикновени евтини китайски радиоприемници – достатъчно беше да разширят намотките на гетеродина и диапазонът се променяше, ако имаше късмет в посока на по-високи честоти. Интересуващите се от "цифрова археология" могат да прочетат обсъждането на форума radioscanner от 2004 година. По-късно китайските производители се съобразиха с потребителите и просто добавиха диапазон Air в приемниците (в коментарите на първата част препоръчваха Tecsun PL-660 или PL-680). Но разбира се, използването на по-специализирани устройства (например, приемници AOR, Icom) е по-предпочитано – те имат шумопотискане (звука се изключва, когато няма сигнал и няма постоянно изшумяване) и по-висока скорост на сканиране на честотите.

Всеки голям летищен комплекс използва доста честоти, ето за пример, честотите на летище Пулково, взети от сайта radioscanner:

Между другото, може да слушате предаванията на разговори от различни руски градове (Москва, С-Пб, Челябинск и някои други) онлайн на http://live.radioscanner.net.

За нас в авиодиапазона е интересен цифровият протокол ACARS (Система за адресиране и докладване на авиационни комуникации). Неговите сигнали се предават на честоти 131.525 и 131.725MHz (европейски стандарт, честотите в различни региони могат да се различават). Това са цифрови пакети с битрейт 2400 или 1200bps, с помощта на такава система пилотите могат да обменят съобщения с диспечера. За декодиране в MultiPSK трябва да се настроите на сигнала в режим АМ (нужен е SDR-приемник, тъй като ширината на честотната лента на сигнала е над 5kHz) и да пренасочите звука с помощта на Virtual Audio Card.

Резултатът е показан на скриншота.

Форматът на ACARS сигналите е доста прост и може да бъде видян в програмата SA Free. За целта е достатъчно да отворим фрагмент от записа, и ще видим, че "вътре" в AM записа всъщност е съдържаща честотна модулация.

След това, прилагане на честотен детектор към записа, лесно получаваме битов поток. В реалността е малко вероятно да се наложи да го направим, тъй като готови програми за декодиране на ACARS отдавна са написани.

Метеоспутници NOAA

Слушайки переговорите на авиаторите, можем да се изкачим още по-високо — в космоса. Там за нас интересни са метеоспутниците NOAA 15, NOAA 18 и NOAA 19, предаващи изображения на повърхността на Земята на честоти 137.620, 137.9125 и 137.100MHz. Декодирането на сигнала може да се извърши с помощта на програмата WXtoImg.

Полученото изображение може да изглежда приблизително така (снимка от сайта radioscanner):

За съжаление (закони на физиката не можеш да измамиш, а и Земята наистина е кръгла, въпреки че не всички го вярват), можем да приемем сигнала от спътника само когато той преминава над нас, и не винаги тези преминавания имат удобно време и ъгъл над хоризонта. Преди да разберем датата и часа на най-близкия полет, беше необходимо да инсталираме програмата Orbitron (програма-дълголетник, съществуваща от 2001 година), сега е по-лесно да го направите онлайн по линковете https://www.n2yo.com/passes/?s=25338, https://www.n2yo.com/passes/?s=28654 и https://www.n2yo.com/passes/?s=33591 съответно.

Сигналът на спътниците е доста силен и се чува практически на всяка антена и на всеки приемник. Но за да приемете изображението с добро качество, все пак е желателно специална антена и добро гледане на хоризонта. Желаещите могат да гледат англоезичен туториал в youtube или да прочетат подробно описание. Лично на мен не ми стигна търпението да доведа нещата до край, но на другите, може би, ще им повезе повече.

Пейджингови съобщения FLEX/POCSAG

Не знам дали все още работи пейджинг връзката за корпоративни клиенти в Русия, но в Европа тя функционира нормално, ползват я пожарната, полицията и различни служби.

Можете да приемате сигнали FLEX и POCSAG с помощта на HDSDR и Virtual Audio Cable, а за декодиране се използва програмата PDW. Написана е още през 2004 година и интерфейсът е съответно стар, но странно, че все още работи.

Съществува и декодер multimon-ng, работещ под Linux, чийто изходен код е наличен на github. Имаше и отделна статия за протокола за предаване POCSAG, желаещите могат да се запознаят с нея по-подробно.

Ключове/безжични превключватели

Още по-високо по честота, на 433МХц, се намират разнообразие от устройства — безжични превключватели и контакти, звънци, датчици за налягане на автомобилни гуми и др.

Това често са евтини китайски устройства с простичка модулация. Там няма никакво криптиране и се използва прост двоичен код (OOK — on-off keying). Декодирането на такива сигнали е разгледано в отделна статия. Можем да използваме готов декодер rtl_433, който може да бъде изтеглен оттук.

Стартирайте програмата и можете да видите различни устройства и (при наличие на паркинг наблизо) например да разберете налягането в гумите на съседския автомобил. Практическия смисъл тук не е голям, но от чисто математическа гледна точка е доста интересно — протоколите на тези сигнали са прости за декодиране.

Между другото, тези, които купуват такива безжични превключватели, трябва да имат предвид, че те не са защитени по никакъв начин и теоретично вашият хакер-съсед, разполагащ с HackRF или аналогично устройство, може злонамерено да изключи светлината в тоалетната в най-неподходящия момент или да направи нещо подобно. Лично аз не се притеснявам, но ако въпросът за сигурността е актуален, можете да използвате по-сериозни и скъпи устройства с пълноценни ключове и автентикация (Z-Wave, Philips Hue и др.).

TETRA

TETRA (Terrestrial Trunked Radio) — това е професионална система за корпоративна радиосвръзка с доста големи възможности (групови повиквания, криптиране, обединяване на няколко мрежи и др.). И нейните сигнали, ако не са криптирани, също могат да се приемат с помощта на компютър и SDR приемник.

Декодер TETRA за Linux съществуваше от доста време, но неговата настройка беше доста нетривиална, и преди около година руски програмист създаде плъгин за приемане на TETRA за SDR#. Сега тази задача почти буквално се решава с два клика, програмата позволява да се изведе информация за системата, да се слушат гласови съобщения, да се събира статистика и др.

Плъгинът не реализира всички възможности на стандарта, но основните функции работят повече или по-малко.

Според Wikipedia, Тетра може да се използва в спешната помощ, полицията, на железопътния транспорт и др. Не знам за разпространението й в Русия (изглежда мрежата Тетра е била използвана на ЧМ2018, но това не е точно), желаещите могат да проверят сами — сигналите на Тетра са лесно разпознаваеми и имат ширина 25КХц, както се вижда на скрийншота.

Разбира се, ако в мрежата е включено криптиране (такава възможност в Тетрата съществува), плъгинът няма да работи — вместо реч ще има само «булькания».

ADSB

Нека да се изкачим още по-високо по честота, на честота 1.09ГХц се предават сигналите на транспондерите на въздушни средства, което позволява на сайтове като FlightRadar24 да показват летящите самолети. Този протокол вече беше обсъждан по-рано, затова няма да се повтарям тук (статията и така стана дълга), желаещите могат да прочетат първата и втората части.

Заключение

Както може да се види, дори с приемник за 30$ може да се намери много интересни неща в ефира. Уверен съм, че това, което е изброено тук, далеч не е всичко и вероятно съм пропуснал нещо или не знам. Желаящите могат да опитат сами — това е добър начин да се разбере принципът на работа на дадена система по-добре.

Не разглеждах аматьорската радиовръзка, макар че тя съществува и на УКВ, но статията все пак е за служебната връзка.

P.S.: Специално за кулхацкерите може да се отбележи, че нищо наистина секретно не се предава в отворения ефир вече може би 50 години, така че от «тази» гледна точка, не си струва да се губи време и пари. А от гледна точка на изучаване на принципите на комуникация и различни инженерни системи, запознаването с реалната работа на реални мрежи е напълно интересно и поучително.

Източник: habr.com