ESP32 ve LR2021 LoRa Çiplerinde Gizli SDR Modu Keşfi

İçindekiler

Yazılım Tabanlı Radyo (SDR – Software-Defined Radio) dünyasını takip eden herkes, yıllar önce sıradan bir DVB-T dijital TV alıcı yongası olan RTL2832U içerisinde keşfedilen belgesiz (undocumented) ham I/Q akış modunun nasıl küresel bir RTL-SDR devrimi başlattığını hatırlar. 2026 yılının Ekim ayında gömülü sistem ve RF (Radyo Frekansı) topluluğunda tam anlamıyla ikinci bir RTL-SDR anı yaşanıyor: Araştırmacılar ve donanım geliştiricileri, milyonlarca projede kullanılan Espressif ESP32 ailesinde ve Semtech LR2021 LoRa yongasında gizli baseband I/Q SDR modları keşfetti.

Üstelik bu keşif yalnızca pasif dinleme (RX) ile sınırlı kalmadı; çok kısa süre içinde hem ESP32 (S3, C3, C5, C6, S31) hem de LR2021 üzerinde çift yönlü (RX/TX) sinyal gönderimi başarıldı. Geliştirme kartlarınızı hazırlamak için ESP32 Arduino Kurulumu Rehberi yazımızdaki temel adımları kullanabilir, ardından bu yazıda incelediğimiz açık kaynaklı SDR projeleriyle mikrodenetleyicilerinizi birer spektrum analizörüne ve yazılım tabanlı telsize dönüştürebilirsiniz.

ESP32 ve LR2021 LoRa Yongalarında Keşfedilen Gizli SDR Baseband Modu — ESP32 Wi-Fi Radyo Katmanından Ham I/Q Verilerinin Çekilmesi ve SDR Uygulamaları (Kaynak: Hackaday)

ESP32 Ailesinde Belgesiz I/Q Baseband Yakalama Modu Nasıl Çalışıyor?

Modern kablosuz mikrodenetleyicilerin neredeyse tamamı, radyo frekansı (RF) ön katmanından gelen analog sinyalleri dijital I/Q (In-phase / Quadrature) örneklerine dönüştürerek dahili donanım modemlerine aktarır. Normal şartlarda üreticiler bu ham I/Q verilerini kullanıcıya açmaz; çip yalnızca çözümlenmiş Wi-Fi veya Bluetooth paketlerini yazılıma teslim eder. Ancak çip üreticilerinin üretim hattındaki kalite kontrol (QA) ve RF kalibrasyon testlerinde kullandığı gizli tanı (diagnostic) yazmaçları donanımın içinde yer almaya devam eder.

Espargos ekibi ve h0m3us3r (eSpDR projesi) tarafından birbirinden bağımsız olarak keşfedilen bu belgesiz mod, ESP32 yongalarının Wi-Fi modem katmanından hemen önce ham I/Q veri akışını yakalamayı ve harici bir bilgisayardaki SDR yazılımlarına (SoapySDR, gqrx, SDR++) aktarmayı sağlıyor.

Desteklenen ESP32 Modelleri: Klasik Tensilica tabanlı ESP32 modellerinden başlayarak Wi-Fi radyosuna sahip yeni nesil yongalar (ESP32, ESP32-S2, ESP32-S3, ESP32-C3, ESP32-C5, ESP32-C6 ve ESP32-S31) bu modu destekliyor. Çift bant Wi-Fi 6 destekli ESP32-C5 modeliyle hem 2.4 GHz hem de 5 GHz bandında I/Q yakalama yapılabiliyor.
Kapsam Dışı Modeller: Üzerinde Wi-Fi radyosu bulunmayan ESP32-P4 ile yalnızca Bluetooth LE ve 802.15.4 (Zigbee/Thread) radyosu barındıran ESP32-H2 serisinde bu Wi-Fi baseband modu bulunmuyor.
Web-Serial ile Tarayıcıdan Spektrum Analizi: Espargos ekibinin sunduğu Web-Serial sürümü sayesinde Chrome üzerinden doğrudan ESP32 kartınızı flaşlayıp 2.4 GHz Wi-Fi bandındaki gerçek kanal doluluk oranlarını (yalnızca beacon sayılarını değil, 4K video akışı gibi gerçek RF enerjisini) yaklaşık 0.5 W güç tüketimiyle 7/24 izleyebiliyorsunuz.

I/Q Veri Akışı Darboğazı ve ESP32-S31 ile 40 MSa/s Çözümü

ESP32 içerisindeki dahili ADC/modem birimi, SRAM belleğe saniyede 80 milyon örnek (80 MSa/s, örnek başına 32-bit ile toplam 2.56 Gbps) yazabilme kapasitesine sahiptir. Ancak asıl mühendislik darboğazı, bu devasa veri akışını çipin dışına çıkarmaktır. Standart ESP32 modellerinde SPI arayüzü maksimum 80 Mbps, 4-bit SDIO 50 MHz ve 8-bit PARLIO 40 MHz hızlarına ulaşabilir:

SPI Üzerinden Aktarım (80 Mbps): 32-bit I/Q örnekleriyle yaklaşık 1.25 MHz bant genişliği; örnek derinliği 8-bite düşürüldüğünde 5 MHz, radyo astronomi gibi uygulamalar için 1-bite düşürüldüğünde ise 40 MHz bant genişliği elde edilebiliyor.
FPGA ile Bitbanging (h0m3us3r Yöntemi): wur.gpio_out yazmacı üzerinden harici bir FPGA birimine bitbanging yapılarak USB 3.0 üzerinden bilgisayara 200 MB/s yoğunlaştırılmış veri aktarımı sağlandı.
ESP32-S31 ve SoapyESPSDR Devrimi: Espressif’in yeni ESP32-S31 yongası, barındırdığı USB 2.0 High-Speed (480 Mbps) ve Gigabit Ethernet (1000 Mbps) arayüzleri sayesinde harici hiçbir FPGA gerektirmeden SoapyESPSDR sürücüsüyle USB üzerinden 20 MSa/s (8-bit), Gigabit Ethernet üzerinden ise 40 MSa/s (8-bit) kesintisiz I/Q akışı sunabiliyor.

Yalnızca Dinleme Değil: ESP-SDR ile Çift Yönlü (TX/RX) Sinyal Gönderimi

İlk keşfin üzerinden henüz bir hafta geçmişken, geliştirici marble, Jochen (DA2JH – esp32-sdr-trx) ve z1000biker (esp32c3rxtx) tarafından ESP32’nin yalnızca bir SDR alıcısı değil, aynı zamanda verici (transmitter – TX) olarak da çalıştırılabildiği kanıtlandı. Yapılan testlerde çipin dahili PLL (Phase-Locked Loop) sentezleyicisinin 1.8 GHz ile 2.8 GHz aralığında kilitlenebildiği doğrulandı (ilk raporlarda geçen 100 MHz alt sınırının OsmoSDR/HackRF API kaynaklı bir yazılımsal gösterim hatası olduğu netleşti).

1.8 GHz – 2.8 GHz aralığı, hem 2.4 GHz ISM bandının tamamını hem de amatör telsizcilikteki 13 cm bandını (2.3 – 2.45 GHz) ve QO-100 (Es’hail-2) amatör uydu uplink frekanslarını doğrudan kapsıyor. Geliştirilen açık kaynaklı firmware projeleriyle şu anda aşağıdaki uygulamalar gerçekleştirilebiliyor:

Hellschreiber ve Özel Modülasyonlar: Bir ESP32-S3 ile ESP32-C6 arasında standart Wi-Fi protokolü tamamen devre dışı bırakılarak doğrudan RF taşıyıcı üzerinde Hellschreiber modülasyonuyla metin ve veri haberleşmesi yapıldı.
13 cm Bandında Dar Bant FM ve SSB Ses Gönderimi: esp32-sdr-trx projesi, harici FPGA gerektirmeden tek bir ESP32-S3 kartını hem SDR++ için bir rtl_tcp alıcısına hem de WAV dosyası veya ses kartından beslenen bir 13 cm FM/SSB ses vericisine dönüştürüyor.
ESP32-C3 Üzerinden DVB-S2 Dijital TV Yayını: ESP32-DATV-SA projesiyle, bilgisayar bağlantısı olmadan tek başına bir ESP32-C3’ün RF donanımı kullanılarak DVB-S2 video/beacon yayını gerçekleştirildi.
Yazılımsal IEEE 802.15.4 (Zigbee) Modülasyonu: Fiziksel olarak 802.15.4 radyosu bulunmayan klasik ESP32 veya ESP32-S3 modellerinin, SDR TX/RX katmanı üzerinden yazılımsal olarak Zigbee paketlerini modüle ve demodüle etmesi üzerinde çalışılıyor.

# SoapyESPSDR ve esp32-sdr-trx depolarını klonlayıp test ortamını hazırlama
git clone https://github.com/ESPARGOS/SoapyESPSDR.git
git clone https://github.com/jochenhammes/esp32-sdr-trx.git

# rtl_tcp uyumlu ESP32-S3 SDR sunucusuna SDR++ veya gqrx üzerinden bağlanma
# Varsayılan TCP portu: 1234, Örnekleme hızı: 2 MSPS - 20 MSPS, Merkez Frekans: 2.4 GHz

İkinci Büyük Keşif: Semtech LR2021 LoRa Çipinde 16-Bit Sub-GHz ve 2.4 GHz SDR

ESP32’nin PLL kilitleme aralığının 1.8 GHz’in altına inememesi, “Peki 433 MHz, 868 MHz veya VHF/UHF bantlarında aynı şeyi yapamaz mıyız?” sorusunu doğurdu. Tam bu noktada geliştirici Samson1te (lr2021-sdr projesi), Semtech’in yeni nesil LR2021 LoRa alıcı-verici yongasında da benzer bir gizli SDR modunun bulunduğunu ortaya çıkardı.

Piyasada yaygın kullanılan SX1262 LoRa modülleri yalnızca demodüle edilmiş veriyi ve RSSI (sinyal gücü) bilgisini verebilirken, LR2021 doğrudan 16-bit çözünürlüklü ham I/Q alıcı ve verici (RX/TX) erişimi sunuyor. Üstelik LR2021’in çift frekans yolu mimarisi çok geniş bir spektrumu kapsıyor:

Düşük Frekans (LF – Sub-GHz) Yolu: 150 MHz – 960 MHz arasındaki tüm VHF, UHF, 433 MHz, 868 MHz ve 915 MHz ISM/LoRa bantlarını kesintisiz kapsar.
Yüksek Frekans (HF) Yolu: 1.5 GHz – 2.5 GHz aralığını (L-band uydu sinyalleri ve 2.4 GHz ISM bandı) destekler.
Dijital Telsiz ve Çağrı Çözümleme: Samson1te tarafından yayınlanan açık kaynaklı sürücülerle 154.000 MHz bandında P25 dijital ses, Analog FM ve POCSAG çağrı cihazı protokollerinin çok düşük güç tüketimiyle doğrudan LR2021 üzerinde çözümlendiği gösterildi.

Özellik / Kriter	RTL-SDR (RTL2832U)	ESP-SDR (ESP32 / S3 / C5 / S31)	LR2021 LoRa SDR
Frekans Aralığı	24 MHz – 1.766 GHz	1.8 GHz – 2.8 GHz (C5 ile +5 GHz)	150 – 960 MHz ve 1.5 – 2.5 GHz
Verici (TX) Desteği	Yok (Yalnızca Alıcı – RX)	Evet (RX ve TX destekli)	Evet (RX ve TX destekli)
I/Q Örnek Çözünürlüğü	8-bit ADC	Dahili 32-bit (Aktarımda 1-bit / 8-bit)	16-bit I/Q erişimi
Maksimum Örnekleme / Bant Genişliği	2.4 MSa/s (Kararlı)	SPI ile 5 MHz; S31 USB/Eth ile 20–40 MSa/s	Dar bant / Orta bant protokol odaklı
Güç Tüketimi	~1.5 W – 2.0 W (USB üzerinden)	~0.4 W – 0.5 W	Ultra düşük güç (Pille çalışmaya uygun)
Donanım Maliyeti	$25 – $40	$2 – $8	$5 – $12 (Modül bazında)

RTL-SDR, ESP-SDR ve LR2021 LoRa SDR Platformlarının Teknik Karşılaştırması

ESP32 SDR’ı Daha Düşük Frekanslara İndirmek: Frekans Dönüştürücü (Converter) Tasarımı

Elinizde yalnızca 2.4 GHz bandında çalışan bir ESP32 varsa ve onu HF, VHF veya 400–500 MHz UHF bandında bir SDR alıcısı olarak kullanmak istiyorsanız, klasik analog radyo mühendisliğinin temel taşı olan frekans dönüştürücü (upconverter / downconverter) devresini kurabilirsiniz. İki farklı frekans bir karıştırıcıda (mixer) çarpıldığında çıkışta hem toplam (f_RF + f_LO) hem de fark (|f_RF - f_LO|) frekansları oluşur.

Pi Ağı Alçak Geçiren Filtre, Schottky Diyot Karıştırıcı ve İkinci ESP32 ile Yerel Osilatör

Örneğin 400 MHz – 500 MHz bandını 2.4 GHz – 2.5 GHz aralığında çalışan bir ESP32 ile dinlemek için 2.0 GHz sabit sinyal üreten bir yerel osilatöre (Local Oscillator – LO) ihtiyacınız vardır (400 MHz + 2000 MHz = 2400 MHz). Hackaday RF editörü Jenny List’in önerdiği minimalist dönüştürücü mimarisi dört temel bloktan oluşur:

Giriş Filtresi (Pi Network Low-Pass Filter): Antenden gelen sinyalde hedeflediğiniz maksimum frekansın (örneğin 500 MHz) üzerindeki sinyalleri bastırmak ve yerel osilatör sızıntısının antene çıkmasını engellemek için seri bir indüktör ve iki ucunda şaseye bağlı kapasitörlerden oluşan basit bir Pi tipi alçak geçiren filtre kullanılır.
İkinci Bir ESP32 ile 2 GHz Yerel Osilatör (LO): Eskiden 2 GHz kararlı bir yerel osilatör için pahalı kristal çarpıcılar veya PLL modülleri (ADF4351/ADF5355 gibi) gerekirdi. Artık ESP-SDR verici (TX) modunu desteklediği için, ikinci bir 3 dolarlık ESP32 kartını düşük güçte 2.0 GHz sabit taşıyıcı (CW carrier) üretecek şekilde programlayarak doğrudan yerel osilatör olarak kullanabilirsiniz!
Schottky Diyot Karıştırıcı (Mixer) ve Stripline Kuplör: 2.4 GHz bandında pahalı hazır mikser modülleri yerine, düşük kapasitanslı hızlı bir küçük sinyal Schottky diyotu doğrusal olmayan (non-linear) karıştırıcı eleman olarak görev yapar. Anten sinyali ve ikinci ESP32’den gelen LO sinyali, PCB üzerinde 50 Ohm empedanslı paralel iki bakır yoldan oluşan bir stripline kuplör üzerinden diyota uygulanır.
Çıkış Filtresi (2.4 GHz Wi-Fi Bandpass Filter): Karıştırıcı çıkışında oluşan istenmeyen harmonikleri ve 2.0 GHz LO sinyalini bastırıp yalnızca 2.4–2.5 GHz bandını alıcı ESP32’ye aktarmak için TDK gibi üreticilerin birkaç sentlik standart SMD 2.4 GHz Wi-Fi bant geçiren filtreleri kullanılır.

Toplanan bu RF spektrum verilerini veya çözümlenen sensör/telemetri paketlerini yerel ağınızdaki bir sunucuda işlemek ve görselleştirmek isterseniz Raspberry Pi Klavye Mouse Monitör Olmadan Uzaktan İşletim Sistemi Yükleme rehberimizle bir SDR sunucusu kurabilir veya verileri MQTT üzerinden Home Assistant Nedir? Açık Kaynak Akıllı Ev Otomasyonu altyapınıza entegre edebilirsiniz.

Yasal Uyarı ve Spektrum Disiplini: SDR alıcı (RX) modunda yapılan pasif dinleme ve spektrum analizi tamamen güvenli bir eğitim/araştırma faaliyetidir. Ancak ESP-SDR veya LR2021 ile verici (TX) modunda denemeler yaparken, amatör telsizcilik lisansınızın kapsamına, ISM bantlarındaki maksimum EIRP güç limitlerine ve harmonik bastırma kurallarına mutlaka riayet edilmelidir; açık havaya kontrolsüz RF sinyali basmak yerine testler koaksiyel kablo ve 30 dB zayıflatıcı (attenuator) üzerinden gerçekleştirilmelidir.