QuadRF có thể phát hiện drone và nhìn thấy WiFi xuyên tường

• QuadRF là một radio mảng pha di động kết hợp Raspberry Pi 5 với bo mạch FPGA có khả năng định thời ở mức picô giây, trực quan hóa môi trường RF 4,9~6GHz bằng beamforming và xử lý tín hiệu
• Các gói WiFi di chuyển trong không gian có thể trở thành đối tượng quan sát mà không cần kết nối vật lý, vì vậy dữ liệu RF được stream và giải mã có thể được chuyển sang máy tính mạnh hơn để phân tích
• Trong thử nghiệm, mạng WiFi 5GHz xuất hiện dưới dạng các đốm màu trên màn hình AR, và drone DJI Mini Pro 4 cũng dễ dàng bị phát hiện trên bầu trời
• Làn MIPI của Raspberry Pi 5 được dùng cho streaming I/Q, xử lý truyền song công toàn phần độ trễ thấp vượt quá 5Gbps, theo cách đơn giản và ổn định hơn USB
• Giao diện vẫn còn khá thô sơ và khó kỳ vọng sản phẩm gọi vốn cộng đồng sẽ giao ngay lập tức, nhưng sau 1 tuần sử dụng, tính thực tiễn của nó đã đủ thuyết phục để chờ đơn đặt trước được giao

---

Khái niệm cơ bản và mục đích sử dụng của QuadRF

• QuadRF là một radio mảng pha được xây dựng xoay quanh Raspberry Pi 5 và bo mạch FPGA, sử dụng định thời ở mức picô giây để thực hiện xử lý tín hiệu nâng cao và beamforming
• Các gói WiFi di chuyển qua không gian nên có thể được quan sát mà không cần kết nối mạng vật lý, và QuadRF cung cấp phần mềm tích hợp để stream và giải mã RF
• Khi chuyển dữ liệu sang máy tính mạnh hơn, có thể dùng nó cho các tác vụ như phân tích lưu lượng WiFi
• Quan điểm ở đây là thay vì cấm bản thân công cụ, tốt hơn nên hiểu những gì nó có thể làm và phơi bày các thực hành bảo mật yếu kém

Mối liên hệ với dự án mảng ăng-ten quy mô mặt trăng

• QuadRF là thiết bị Martin McCormick phát triển như một phần của dự án lớn hơn, nhằm xây dựng mảng ăng-ten quy mô mặt trăng phục vụ thí nghiệm vô tuyến EME(Earth-Moon-Earth) và thiên văn vô tuyến
• Martin McCormick từng làm việc trong nhóm tạo ra Dishy, thiết bị đầu cuối Starlink đời đầu, tại SpaceX
• Hệ thống ăng-ten mảng pha này hướng tới việc không bị trói buộc vào các hệ thống vệ tinh độc quyền, mà cho phép các nhà vận hành có giấy phép kết nối nhiều mô-đun QuadRF để dùng cho thí nghiệm vô tuyến
• Khi kết nối nhiều mô-đun, có thể đạt tới 1.15MW EIRP, tương ứng với mức lợi ăng-ten định hướng rất lớn
• Bản thân QuadRF thu gọn thành thiết bị di động không đủ mạnh để gửi tín hiệu tới mặt trăng, nhưng hữu ích cho các ứng dụng SDR cục bộ trong dải 4,9~6GHz và trực quan hóa môi trường RF

Thử nghiệm nguyên mẫu và quy trình sử dụng

• Để thử nghiệm cùng cha mình, tác giả đã xin Martin McCormick một nguyên mẫu, đồng thời cũng đã đặt trước riêng trên Crowd Supply
• Giá của bộ kit cơ bản trên Crowd Supply là 499 USD
• Khi bật nguồn, Raspberry Pi khởi động và tạo một điểm phát WiFi
  • Người dùng kết nối vào điểm phát đó rồi truy cập http://quadrf/
  • Trang này chạy một phiên VNC ngay trong trình duyệt
  • Có thể chạy GNU Radio, phần mềm SDR và công cụ trực quan hóa RF AR tùy biến
• Giao diện tổng thể vẫn còn khá thô sơ, nhưng xét việc mọi thứ đều chạy trên Raspberry Pi 5 thì hiệu năng vận hành rất ấn tượng

Trực quan hóa RF bằng AR và kết quả quan sát thực tế

• Trong số phần mềm đi kèm, công cụ trực quan hóa AR được xem là tính năng thú vị nhất, dù lại kém hữu ích hơn cho các ứng dụng SDR thực tế
• Người dùng có thể chỉnh căn hàng giữa camera và mảng pha, cũng như điều chỉnh gain của bộ thu
• Công cụ trực quan hóa hiển thị tần số 4,9~6GHz dưới dạng các đốm màu
  • Ở phiên bản đầu, màn hình chưa hiển thị thang đo
  • Trong bài thử ở studio, mạng WiFi 5GHz chạy trên Channel 100, khoảng 5,5GHz, hiện lên màu xanh lam nhạt
  • Các mạng WiFi xung quanh hiện ra màu đỏ hoặc xanh lá
• Mobile Expansion Pack gồm bộ pin và giá gắn điện thoại, cho phép phân tích trực tiếp một phần băng C khi di chuyển
• Trong thử nghiệm cho DJI Mini Pro 4 bay phía sau studio, QuadRF dễ dàng phát hiện drone trên bầu trời
  • Khi drone bay xa hơn, cần tăng gain để tiếp tục nhìn thấy nó
  • Khi cầm thiết bị đi lại, giao diện hơi bất tiện, nên có đánh giá rằng sẽ tốt hơn nếu có AGC hoặc cơ chế điều chỉnh gain dễ hơn
• Chiến dịch gọi vốn cộng đồng đã vượt kỳ vọng, và vỏ máy sẽ được chuyển từ bản in 3D dùng trong thử nghiệm sang ép phun

Streaming RF băng thông cao bằng MIPI trên Raspberry Pi 5

• Điểm đặc biệt thú vị của QuadRF là sử dụng làn MIPI của Raspberry Pi cho streaming I/Q SDR độ trễ thấp
• Theo QuadRF Documentation, cách stream I/Q qua đầu nối FFC MIPI của camera và màn hình trên Pi có nhiều ưu điểm
  • MIPI có thể xử lý truyền dữ liệu song công toàn phần độ trễ thấp vượt quá 5Gbps thông qua chip RP1 của Pi
  • Đơn giản và ổn định hơn USB
  • Hầu như không phát sinh thêm chi phí phần cứng cho bo RF
  • Có thể duy trì I/Q ở mức hàng trăm MSPS mà không bị gián đoạn hay mất mẫu
• Có vẻ để triển khai cách này, họ đã phải đảo ngược giao thức MIPI đi qua chip RP1 trên Pi 5
• Về mặt kiến trúc, có thể nối chuỗi nhiều mô-đun QuadRF, và mỗi mô-đun có thể tự tính toán độ dịch pha riêng
• PCIe cũng có thể là một lựa chọn khác, nhưng triển khai MIPI cho phép giữ lại đầu nối PCIe để dùng cho lưu trữ tốc độ cao hoặc mạng nhanh hơn mức mặc định của Pi

Giới hạn của thiết bị tiền sản xuất và sản phẩm gọi vốn cộng đồng

• Vì đây là kết quả thử nghiệm trên thiết bị tiền sản xuất, mọi quan sát đều cần được tiếp nhận một cách thận trọng
• Với sản phẩm trong chiến dịch gọi vốn cộng đồng, khó có thể kỳ vọng rằng chỉ cần ủng hộ là sẽ được giao ngay
• Ban đầu tác giả nghi ngờ tính hữu ích và sự thú vị của một thiết bị mảng pha di động nhỏ như vậy, nhưng sau 1 tuần sử dụng, ông đã chờ đợi sản phẩm đặt trước của mình được giao

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Tôi là người làm ra QuadRF. Có câu hỏi gì thì tôi sẽ trả lời
  Cũng có video demo ngắn: https://m.youtube.com/watch?v=QvniJk3uNyA
  Và một video đi sâu hơn: https://m.youtube.com/watch?v=zdJ9Tbm8ALg
  Tôi đã không hướng dẫn Jeff thật tốt về hiệu chuẩn căn chỉnh camera hay thiết lập gain vô tuyến, nhưng có vẻ anh ấy đã tự tìm ra phần lớn. Dựa trên các đề xuất của anh ấy, tôi đang cải thiện UI, và vì là mã nguồn mở nên bạn cũng có thể tự tùy biến
  AR RF chỉ là một trong nhiều ứng dụng của radio định nghĩa bằng phần mềm 4x4 MIMO mà chúng tôi đã xây dựng mới hoàn toàn từ đầu. Phần AR hoạt động theo kiểu ứng dụng web phát trực tuyến các điểm RF, rồi trình duyệt trên điện thoại/laptop ghép chúng với hình ảnh camera cục bộ theo thời gian thực. Chúng tôi đã rất ám ảnh với độ trễ thấp và tốc độ khung hình cao để nó có cảm giác như AR thật sự, và chi tiết kỹ thuật có tại https://QuadRF.com/

  • Phần thực sự thú vị ở đây là Custom ADC. Trông giống ADC lấy mẫu vượt mức 1-bit ΣΔ, có vẻ khoảng 704 MSPS, và dường như dùng một transistor vi sai đơn để bắt vào LVDS RX của FPGA
    Đây có vẻ là cách khéo léo để giảm chi phí và số chân, nhưng thông thường clock tree của FPGA không có hiệu năng jitter tốt. Nếu không dùng PLL nội bộ thì có thể giảm spur, nhưng vẫn không tránh được clock buffer
    Tài liệu cũng nói có thể còn suy giảm thêm do nhiễu từ switching regulator. Đúng là niềm vui khi phải săn lùng nguồn nhiễu RF
  • Sản phẩm trông rất ngầu, dù tôi vẫn chưa biết sẽ dùng vào việc gì, nhưng tôi đã đặt mua ngay trên Crowd Supply
    Tôi tò mò vì sao dải tần lại được chọn là 4.9~6GHz. Nó sẽ trực quan hóa WiFi tần số cao, nhưng có vẻ sẽ không làm được với WiFi 2.4GHz hay Bluetooth; để hỗ trợ cả dải đó thì phần cứng hoặc ăng-ten có trở nên phức tạp và đắt hơn nhiều không?
  • Đây là một dự án cực ngầu mà tôi đã theo dõi từ lâu. Tôi tự hỏi liệu đây có phải là sự chuyển hướng khỏi mảng vô tuyến thiên văn Trái Đất-Mặt Trăng-Trái Đất không
    Khi tôi đánh dấu trang lần đầu, website còn ở https://open.space
  • Nếu đặt hai thiết bị này cách nhau một khoảng hợp lý, liệu có thể thu được dữ liệu 3D/4D tốt hơn không?
  • Tuyệt. Tôi có thấy một mô tả ngắn nói nó có thể dùng cho mạng mesh; có giải thích chi tiết hơn hoặc tài liệu nào đáng đọc không?

• Tôi không hiểu câu “có thể nhìn thấy WiFi xuyên tường” nghĩa là gì. Ai từng dùng WiFi đều biết nó hoạt động xuyên qua tường
  Khi cố kết nối WiFi trong căn hộ, bạn sẽ thấy hiện ra hàng chục mạng khác. Vì vậy tiêu đề này gần như là một cách diễn đạt vô nghĩa

  • Tôi nghĩ sẽ hợp lý nếu hiểu chữ “nhìn thấy” ở đây theo nghĩa trực quan hóa

• Trong bối cảnh khiến người ta tưởng tượng chính phủ có thể làm được đến mức nào, vài phút trước khi vào HN tôi vừa đọc bài này và đúng lúc thấy bài đăng này xuất hiện
  [0] https://www.prnewswire.com/news-releases/the-future-takes-fl...

• Một ngày nào đó tôi muốn thử làm thứ như thế này cho âm thanh. Sẽ rất hay nếu biết âm thanh phát ra từ đâu, theo hướng nào và cách bao xa
  Ở quy mô nhỏ, có thể dùng để tìm “bộ phận nào đang kêu cót két?”, còn ở quy mô lớn hơn thì để kiểm tra kiểu “tiếng ầm đó có phải từ công trường cách vài dãy nhà không?”

  • Fluke đã làm máy ảnh âm thanh từ khá lâu rồi, dùng để phát hiện rò rỉ
    https://www.fluke.com/en-us/product/industrial-imaging/fluke...
  • Trực quan hóa âm thanh theo thời gian thực thật ra là một dự án tôi từng làm khi học năm nhất cách đây 20 năm, và có lẽ đó là một phần lý do khiến tôi làm ứng dụng AR này ở QuadRF
    Gộp lại thì phiên bản RF này khó hơn khoảng 200 lần
  • Bạn nên ghé Orfield Labs ở Minnesota
  • Không biết bạn đã nghe chưa, nhưng trên thị trường bắt đầu xuất hiện các sản phẩm nghiêng về hướng “bộ phận nào đang kêu cót két” chứ chưa tới mức đo khoảng cách
    https://www.youtube.com/watch?v=l8-5lSVCR2w
  • Dự án thú vị này có lẽ sẽ khá đáng xem
    https://ribbonfarm.com/2016/06/29/the-daredevil-camera/

• Ứng dụng trực quan hóa làm tôi nghĩ đến camera nhiệt
  Tôi từng nghe khẳng định rằng một số thiết bị, chủ yếu là TV, có gắn đường lên di động 5G bí mật. Dù vậy tôi chưa từng thấy nêu model cụ thể nào
  Nếu có nhiều biến thể hỗ trợ các băng tần RF phổ biến hơn, mọi người có thể tự đi kiểm tra ngoài thực tế
  Nói thêm thì tôi đoán các cơ quan ba chữ cái hẳn đã có công nghệ như thế này từ rất lâu để dùng làm công cụ phát hiện thiết bị nghe lén

  • Ai sẽ trả chi phí kết nối 5G đó cho nhà mạng? Và FCC có xuống cấp đến mức cho phép thiết bị vô tuyến không khai báo trong sản phẩm tiêu dùng không?
  • Thỉnh thoảng HN có nhắc tới chuyện này, nhưng tôi vẫn chưa thấy ví dụ cụ thể nào. Nếu bạn biết modem 5G bí mật nào đã được dùng để giám sát người dân thì hãy chia sẻ

• Nếu đưa được thứ này vào kính thông minh thì sẽ cực kỳ thú vị

• Tôi chỉ lướt qua, vậy đây là để phát hiện drone trên trời à? Tôi không chắc mình đã hiểu đúng chưa
  Nghĩ đến những gì đang diễn ra ở Đông Âu hiện nay, có lẽ sẽ có ứng dụng trong quốc phòng

  • Nó phát hiện các drone phát tín hiệu RF trong cùng băng tần. Một lý do nhiều drone dùng ở Ukraine lại dùng dây quang mảnh làm tether là vì một trong những biện pháp chống drone thời kỳ đầu chỉ đơn giản là gây nhiễu ngay tần số mà người điều khiển đang dùng
    Các biện pháp chống drone tiên tiến hơn cũng đang được sử dụng. Ví dụ như bắn vi sóng định hướng năng lượng cao để phá hủy mạch điện
  • Đây là định vị hướng vô tuyến mảng pha rất tiêu chuẩn, được hiệu chuẩn cho tần số WiFi, và loại thiết bị này vốn đã có mặt ở mọi triển lãm quốc phòng
    Vì thế người ta gây nhiễu khắp nơi để làm mù các thiết bị như vậy, và nhiều UAV giờ chuyển sang buộc bằng cáp quang thay vì điều khiển bằng RF
  • Hoàn toàn có thể
    Khoảng 5 năm trước cuộc xâm lược của Nga năm 2022, một người bạn học điện theo con đường không chính thống của tôi đã làm ở công ty chế tạo radar theo dõi drone
    Đó là hệ thống chủ động, về khái niệm giống radar của hệ thống phòng không nhưng nhỏ hơn và hoạt động nhanh hơn
    Thiết bị trong bài này là hệ thống thụ động nhìn vào bộ phát của drone. Liên kết truyền thông là điểm yếu hiển nhiên của drone vì có thể bị phát hiện và gây nhiễu, và kết quả là việc drone tấn công sát thương hoạt động ẩn danh trở nên phổ biến dường như khá khó tránh

• UI và đầu ra của ứng dụng trực quan hóa khá giống những gì thấy trên camera âm thanh

• Tôi tự hỏi công cụ này có hữu ích cho kiểm thử tuân thủ EMC không. TinySA của tôi cần LNA, nên tôi cũng tò mò liệu thiết bị này có đạt mức noise floor cần thiết hay không

  • Tôi không nghĩ các chuyên gia sẽ tìm đến nó cho kiểm thử EMC/EMI. Họ đã có sẵn thiết bị đo kiểm cần cho công việc đó rồi
  • Có vẻ nó không thật sự phù hợp cho mục đích ấy. Nó tương đối băng hẹp, và cũng không phải dải tần nơi các vấn đề EMC thường xuất hiện. Băng 5~6GHz ít có khả năng phát xạ thứ gì đó trừ khi bạn cố tình truyền ở tần số đó

• Thú vị. SDR đã có mặt ở mức giá hợp lý từ lâu, nhưng năng lực xử lý để làm việc với WiFi và các tín hiệu số khác thì khá khó nắm bắt
  Nếu giả định trong tương lai người ta vẫn mua được RAM, tôi nghĩ sẽ còn xuất hiện nhiều thiết bị hướng prosumer hơn cho việc phân tích tín hiệu thô

  • Bạn có SDR cụ thể nào trong đầu không? Tôi cứ nghĩ dongle v2 không vươn tới được băng WiFi. Gần đây tôi mới muốn học SDR để giúp mình hiểu điện từ học hơn hơn thôi