Balise CC1101

Observer passivement les ondes avec une clé TNT (RTL-SDR), c'est bien mais ce serait bien aussi d'avoir une référence paramétrable disponible à tout moment. Une possibilité est d'utiliser ces modules pour Arduino avec un CC1101 de Texas Instruments, que l'on trouve à quelques euros sur eBay. Ils sont conçus pour émettre (et recevoir) dans la bande ISM 433 MHz. Plusieurs types de modulations FSK sont programmables, ainsi divers paramètres comme la puissance d'émission, le baud rate, la variation de fréquence,... Ainsi que différents formats et encodages de trame. La datasheet ne fait pas loin de 100 pages et il existe de nombreuses 'application notes' sur divers aspects de la mise en œuvre. On peut, par exemple, s'en servir pour comparer des antennes. Une autre application, c'est d'observer de près des signaux plus ou moins connus. Par exemple, à partir de la configuration utilisée par la librairie panstamp (générée par l'utilitaire de Texas Instrument 'SmartRF Studio'),

uint8_t panstamp_config[] =
        {
/*00*/  0x2E, 0x2E, 0x06, 0x07, 0xB5, 0x47, 0x3D, 0x06,
        0x05, 0xFF, 0x00, 0x08, 0x00, 0x10, 0xA7, 0x62,
/*10*/  0xCA, 0x83, 0x93, 0x22, 0xF8, 0x35, 0x07, 0x20, /* datarate (CA) = 38.4 kbauds*/
        0x18, 0x16, 0x6C, 0x43, 0x40, 0x91, 0x87, 0x6B,
/*20*/  0xFB, 0x56, 0x10, 0xE9, 0x2A, 0x00, 0x1F, 0x41,
        0x00, 0x59, 0x7F, 0x3F, 0x81, 0x35, 0x09
        };

/*10    0xC7, 0x83, 0x83, 0x22, 0xF8, 0x35, 0x07, 0x20, /* data_rate (C7) = 4800 bauds; 2FSK(83)*/

où R[0x10], MDMCFG4, est 0xCA (et R[0x11], MDMCFG3 = 0x83) qui correspond à 38383 symboles par seconde et R[0x12] est 0x93 (GFSK). Si on remplace ces valeurs par, respectivement, 0xC7 (4800 bauds) et 0x83 (2-FSK), on obtient un signal plus facile à observer/analyser avec une clé RTL-SDR. En zoomant sur la phase (arc tangente(I/Q); ou, serait-ce Q/I?) du signal reçu lors du préambule, on observe :

On observe que la phase décroît jusque A, croît entre A et B, décroît entre B et C pour ensuite recroître (les transitions autour de 0/360 provoquent un saut dont il ne faut pas tenir compte). La phase croît lorsque la fréquence est supérieure à la référence et décroît lorsque la fréquence est inférieure. En regardant de plus près, on note les coordonnées des points : A=(12585,130) B=(12634,150) et C=(12682,8). On compte donc 48 (ou 49) échantillons entre les points. Et, 230000 (échantillons/seconde) divisé par 48, cela donne bien 4792 symboles par seconde (~4800 bauds). En observant le gain (ou la perte) de phase entre deux points, on devrait retrouver l'écart de fréquence programmé pour le 2-FSK. A->B, +1460°; B->C, -1582°. L'asymétrie provient d'une erreur dans l'estimation de la fréquence de référence (ou, plus exactement, de quartz approximatifs; la fréquence choisie étant 433 MHz des deux côtés. Coupons la poire en deux et estimons que la phase progresse de 1500° 4800 fois par seconde, c'est-à-dire, 7200000° ou 20000 'tours', c.-à-d., 20 kHz. Et c'est exactement ce que l'on retrouve dans R[0x15], DEVIATN = 0x35. Une telle déviation est probablement excessive pour 4800 bauds; c'était prévu pour 38400 bauds. C'est aussi ce que l'on observe avec GNU Radio :

Le profil serait probablement plus doux en GFSK; en évitant les changements abrupts de fréquences. À noter que ces affichages FFT et Waterfall sont, un peu, des gadgets : un court message (du genre 8 caractères avant l'ajout du préambule et le CRC) est envoyé environ 7 fois par seconde (duty-cycle ~.25) et il ne s'affiche pas à chaque fois. J'ignore quelle est la proportion de signal non traité mais la traque aux messages courts et rares est un peu aléatoire avec ce genre d'outil. Si je mets 0x00 dans DEVIATN, j'obtiens la déviation minimale, 1587 Hz. À noter que c'est trop grand pour émuler un modem Bell 202. Par exemple, pour simuler un APRS venant d'ISS.

Si on regarde une trame complète en rapprochant la fréquence de réception de la fréquence d'émission (433 001 210 Hz plutôt que 433 000 000) et qu'on évite les sauts du côté de 0-360, cela donne le graphe :

On voit que la fréquence peut rester la même pendant un grand nombre de symboles (par exemple, quand on transmet des 0x00). Une possibilité est d'utiliser la fonction 'whitening' du chip qui fait un XOR avec un nombre pseudo-aléatoire. Une autre est d'utiliser un codage Manchester en mettant le bit 0x08 de R[0x12], MDMCFG2, à 1. On obtient alors le graphe :

...qui ressemble étrangement à celui de la grue du billet précédent. Sauf que dans le cas de la grue, les changement de fréquences sont 'arrondis', il doit s'agir de GFSK (?). On notera également que le codage Manchester engendre une diminution du débit utile.

La clé TNT utilisée ici est la petite : RT2832U avec un tuner R820T :

À suivre...