LR2021-SDR คืออะไร?

LR2021-SDR คือ Project ที่เปลี่ยนวิธีใช้งาน Semtech LR2021 จาก Radio ที่ Demodulate Packet ภายในตัว Chip ให้กลายเป็น Source ของ Raw Baseband Signal

แทนที่ Host จะได้รับ Packet ที่ถูก Decode แล้ว Host สามารถรับค่า I/Q แล้วนำไปทำ Signal Processing ต่อเอง เช่น Spectrum Analysis, Demodulation, Recording หรือ Offline Decode

Official Project ระบุชัดว่า งานนี้ยังเป็น Experimental และทดสอบบน LR2021 ROM 1.24

LR2021 ปกติทำอะไร?

ใน Operation ปกติ LR2021 เป็น Multi-PHY Radio Transceiver ที่รองรับ Modulation หลายรูปแบบ เช่น LoRa, FSK, OOK และ FLRC รวมถึงความสามารถอื่นตามตัว Chip

โดยทั่วไป Radio จะรับสัญญาณ แล้วจัดการส่วน Demodulation ภายใน Chip ก่อนส่ง Packet หรือข้อมูลที่ผ่านการประมวลผลแล้วไปยัง Host

ความแตกต่างนี้ทำให้ Host สามารถทดลองกับ Signal ที่ Standard Packet Interface ไม่ได้ Decode ให้โดยตรง

Undocumented ROM Command เปลี่ยนอะไร?

หัวใจของ Project คือ Undocumented Command ใน ROM ของ LR2021 ที่เปิด Raw Baseband Path ออกมา

Official Repository ระบุว่า ข้อมูลที่ได้เป็น 16-bit I และ 16-bit Q Samples โดยคงทั้ง Amplitude และ Phase ของ Baseband Signal

สิ่งนี้สำคัญเพราะ ถ้า Software มี I/Q ก็สามารถนำ Signal ไปทำงานหลายรูปแบบได้ โดยไม่จำเป็นต้องพึ่ง Modem Decoder ภายใน LR2021 เพียงอย่างเดียว

Raw I/Q คืออะไร?

ใน SDR สัญญาณมักถูกแทนด้วยสององค์ประกอบ: I หรือ In-phase และ Q หรือ Quadrature

สองค่าร่วมกันเก็บข้อมูล ทั้ง Amplitude และ Phase ของสัญญาณ Baseband ทำให้ Software สามารถวิเคราะห์ หรือ Demodulate Signal ได้หลายแบบ ภายหลังจากการ Capture

ข้อดีสำหรับงานทดลองคือ เราสามารถ Save I/Q Recording แล้ว Decode ซ้ำภายหลัง โดยใช้ Signal ชุดเดิม แทนการต้องรอรับ Transmission ใหม่ทุกครั้ง

LR2021-SDR รับได้ตั้งแต่ 100 MHz ถึง 2.74 GHz จริงไหม?

Official Project รายงานว่า Receive Chain ของ Board ที่ทดสอบ สามารถ Tune และเห็น Signal ต่อเนื่องประมาณ:

ผู้พัฒนาทดสอบด้วยสองแนวทางหลัก: ใช้ Harmonics จาก Clock บน Board และใช้ Known Tone จาก HackRF One ภายใน Shielded Enclosure

ขอบ Range ที่รายงาน ได้แก่:

• ต่ำกว่า 100 MHz เริ่มไม่พบ Signal ที่ Track ได้ตาม Method ที่ใช้
• 100 MHz ยังเห็น Signal แม้มี IMG_CAL Flag ในบาง Test
• 2740 MHz ยัง Track ได้
• ช่วงประมาณ 2756–2760 MHz เริ่มเกิด PLL_LOCK และไม่สามารถ Capture Signal ได้ตาม Test

Datasheet Band กับ Experimental Range ต่างกันอย่างไร?

จุดสำคัญคือ Experimental Tuning Range ไม่ควรถูกนำไปแทนค่าของ Datasheet หรือใช้สรุปว่า Performance นอก Band ที่ผู้ผลิตระบุ เทียบเท่ากับช่วงที่ออกแบบมา

Project เองระบุว่า Front-end, Matching Network และ Board Implementation สามารถทำให้ผลต่างกันได้

125k กับ 250k samples/s ต่างกันอย่างไร?

ตัวเลข Sample Rate ใน Project ต้องแยกให้ออกระหว่าง Short Capture กับ Continuous Capture

ดังนั้นคำว่า “รองรับ 250 ksample/s” ไม่ควรถูกตีความว่า Project ยืนยัน Continuous Streaming ที่ Rate นี้เป็นเวลาหลายนาทีแล้ว

ทำไม 500k และ 1M samples/s ถึง FIFO Overflow?

Official Research ระบุว่า Setup นี้ใช้ 16 MHz SPI เป็น Data Path ระหว่าง LR2021 กับ Host

เมื่อ Sample Rate เพิ่มขึ้น Data ต้องถูกดึงออกจาก FIFO เร็วขึ้นตาม จน Link ที่ใช้ใน Board นี้ไม่สามารถ Drain FIFO ได้ทัน

P25 Phase 1 Decode จาก Raw I/Q ทำได้จริงแค่ไหน?

Official Project ยืนยัน Live P25 Phase 1 C4FM Reception ผ่าน Raw I/Q Path ของ LR2021 ที่ 154.785 MHz

ตัวอย่าง Recording หนึ่งวินาที มีประมาณ 125,000 Complex Samples และเมื่อนำกลับไป Decode Offline Project รายงานว่าได้ 27 IMBE Voice Frames จาก Capture ตัวอย่างนั้น

ความสามารถนี้อยู่ใน Integration ของ LakeShark ซึ่งทำหน้าที่ด้าน Live Decoder, Audio และ Handheld Interface

Triggered Recorder และ 2-FSK ช่วยอะไร?

อีก Use Case ที่สำคัญของ Raw I/Q คือการบันทึก Burst แล้วค่อย Decode ภายหลัง

ตัวอย่างใน Project แสดง:

• 2400 baud
• 2-FSK
• Sync D391 D391
• 4-byte Payload
• CRC-16 Check

Triggered Recorder ยังเก็บ Pre-trigger Samples เพื่อช่วยรักษาส่วนต้นของ Signal เช่น Preamble ไว้ใน Recording

LakeShark ทำหน้าที่อะไรใน Ecosystem นี้?

LakeShark เป็น Project แยกของผู้พัฒนาคนเดียวกัน ที่ใช้ LilyGO T-Display P4 เป็น Handheld SDR Scanner

เมื่อใช้ LR2021-SDR LakeShark สามารถรับ Raw I/Q จาก LR2021 บน Board ได้โดยตรง โดยไม่จำเป็นต้องใช้ External RTL-SDR Dongle สำหรับ Use Case ที่ Project รองรับ

Official Project ระบุ Use Case เช่น:

• P25 Phase 1 Voice
• POCSAG Pager
• Analog FM
• Raw I/Q Recording
• Handheld Live Interface

Bluetooth LE ใช้ Raw I/Q Decoder หรือ Built-in Engine?

Project ยังทดลองรับ Bluetooth LE 1M Advertising บน Advertising Channel:

• Channel 37 — 2402 MHz
• Channel 38 — 2426 MHz
• Channel 39 — 2480 MHz

แต่ตรงนี้สำคัญ: การทดสอบ BLE ใช้ Built-in BLE Packet Engine ของ LR2021 ไม่ใช่การเขียน BLE Decoder จาก Raw I/Q ทั้งหมด

ดังนั้น BLE Capability ควรถูกมองเป็นอีก Engine หนึ่งที่มีอยู่ใน Chip แยกจาก Experimental Raw I/Q Path

Experimental TX ทำได้แค่ไหน?

LR2021-SDR ไม่ได้หยุดอยู่แค่ Receive เพราะ Official Repository มี Experimental I/Q Transmit Playback แล้ว

ตัวอย่างที่ผู้พัฒนาทดลอง ได้แก่:

• P25 Voice-data Test Burst
• Temperature Sensor Packet
• Custom Waveform
• OOK Replay
• FSK Replay

สำหรับ P25 Test Independent HackRF Receiver สามารถ Decode กลับได้ 72 IMBE Voice Frames จาก Test Transmission ที่ Document ไว้

สิ่งที่ TX ยังไม่ได้ทำครบ

• Continuous Host Streaming
• Gapless Burst Chaining
• Microphone Live Voice Encoding
• Simultaneous RX/TX Testing
• Characterization ครบทุก Frequency และ Power

Hardware ที่ Project ทดสอบคืออะไร?

Official Hardware Guide ระบุ Platform ที่ทดสอบไว้ชัดเจน:

Official Hardware Guide ยังแนะนำให้เลือก Antenna ให้เหมาะกับ Operating Band แทนการใช้ Antenna เดียวแล้วคาดหวัง Performance เท่ากันตลอด 100 MHz–2.74 GHz

Build และ Analyze LR2021-SDR Project

Repository มี C Library, Standalone ESP32-P4 Capture Firmware และ Host Tools สำหรับ Capture / Analyze I/Q

ตัวอย่าง Build Commands ด้านล่าง มาจาก Official Technical Overview

cmake -S . -B build
cmake --build build
ctest --test-dir build --output-on-failure
cmake --install build --prefix install

lriq_tool analyze capture-0000.bin

Official Documentation ระบุว่า Build ใช้ CMake และ C11 Compiler ส่วน Windows Build ใช้ MinGW-w64

ข้อจำกัดและสิ่งที่ยังต้องระวัง

• Raw I/Q Path เป็น Undocumented Function
• Project ทดสอบกับ LR2021 ROM 1.24
• Frequency Range 100–2740 MHz มาจาก Board ตัวอย่างหนึ่งตัว
• Measurement นอก Datasheet Band ไม่ใช่ Calibrated Sensitivity
• 250 ksample/s ถูกยืนยันใน Short Capture ไม่ใช่ Long Continuous Session
• 500 ksample/s และ 1 Msample/s Overflow ใน 16 MHz SPI Setup ที่ทดสอบ
• P25 Phase 2 ยังไม่ได้ถูก Establish ใน Project
• Experimental TX ยังเป็น Finite Burst
• Continuous TX และ Simultaneous RX/TX ยังอยู่ใน Remaining Work

FAQ — คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ LR2021-SDR

สรุป: สิ่งที่น่าสนใจไม่ใช่แค่ Frequency Range แต่คือการเปิด Raw Signal ออกจาก LoRa Chip

ตัวเลข 100 MHz ถึง 2.74 GHz อาจเป็นสิ่งแรกที่ดึงความสนใจ แต่จุดสำคัญของ LR2021-SDR จริง ๆ คือการเปิด Raw I/Q Path จาก Chip ที่ปกติถูกใช้เป็น LoRa / Packet Radio

เมื่อ Host ได้ I/Q สิ่งที่สามารถทำต่อก็เปลี่ยนไปมาก: บันทึก Signal, วิเคราะห์ Spectrum, เขียน Decoder, Replay Capture หรือใช้ LakeShark ทำ Live Receiver สำหรับ Signal บางประเภท

Project ยังแสดงให้เห็นข้อจำกัดของ System Architecture อย่างชัดเจนด้วย เพราะ Sample Rate ที่สูงขึ้น ไม่ได้ติดที่ DSP Concept อย่างเดียว แต่ชนกับ FIFO และ 16 MHz SPI Link ของ Hardware ที่ใช้ทดสอบ

ในขณะเดียวกัน Experimental TX ก็เดินหน้าไปถึง P25 Test Burst, Temperature Packet และ OOK / FSK Replay แล้ว แต่ยังไม่ควรถูกเรียกว่า SDR Transceiver ที่ทำ Continuous Streaming หรือ Full-duplex ได้สมบูรณ์

สำหรับ Maker ที่สนใจ LoRa, RF, DSP หรือ Embedded SDR LR2021-SDR จึงเป็น Project ที่น่าสนใจ เพราะเปิดให้ศึกษาตั้งแต่ Raw Radio Access ไปจนถึง Host Processing และ Measurement Method อย่างละเอียด

References / แหล่งข้อมูลต้นฉบับ