SDR Tersembunyi di ESP32: Sampel IQ Baseband di Band 2,4 dan 5,8 GHz

ESP32 dikenal sebagai chip WiFi murah yang dipakai untuk IoT, bukan perangkat radio yang bisa disetel. Namun proyek ESPARGOS menemukan bahwa beberapa chip ESP32 punya fitur tak terdokumentasi yang memungkinkan firmware melewati fungsi tetap WiFi dan Bluetooth, lalu mengambil sampel baseband IQ mentah. Hasilnya, sejumlah model ESP32 bisa dipakai sebagai software defined radio internal dengan cakupan 2,2 sampai 2,7 GHz, ditambah 4,8 sampai 6,0 GHz pada ESP32-C5, dengan laju sampel sampai 80 MS per detik dan bandwidth analog sekitar 13 sampai 54 MHz tergantung chip. Penemuan ini dilaporkan terpisah oleh setidaknya dua proyek lain yang tidak saling berhubungan.

Dari Antena Arah ke Radio Umum

Latar ceritanya dimulai pada 2025, ketika ESPARGOS dipublikasikan sebagai array fase dari banyak patch antenna, masing-masing terhubung ke mikrokontroler WiFi ESP32. Tujuan awalnya spesifik: menentukan arah datang sinyal WiFi dan membuat heatmap augmented reality secara live. Konsepnya menarik karena array fase biasanya butuh perangkat keras radio yang mahal, sementara di sini setiap elemen array adalah board ESP32 seharga beberapa dolar.

Temuan fitur IQ tersembunyi mengubah cakupan proyek. ESPARGOS sekarang menyebut penangkapan sampel IQ yang phase-coherent sudah mungkin dilakukan, yang berarti perangkat tidak lagi terbatas pada sinyal WiFi dan Bluetooth. Direction finding bisa dijalankan pada sinyal apa pun di band 2,4 GHz, dan tim tersebut juga menyatakan transmisi phase-coherent sudah terbuka.

Batasan Nyata: Hanya Spektrum, Bukan Decoder

Bagian yang paling sering disalahpahami adalah konsekuensi bandwidth keluaran. Untuk dipakai sebagai SDR umum yang terhubung ke PC, output ESP32 tidak cukup lebar, sehingga yang bisa dikirim ke komputer hanya snapshot data. Artinya perangkat bekerja sebagai spectrum analyzer, sementara demodulasi atau decoding data radio yang berkelanjutan tidak mungkin dilakukan hanya dengan ESP32. Bedanya penting: melihat bahwa ada sinyal pada suatu frekuensi adalah hal yang berbeda dengan membaca isinya.

Pengecualian datang dari chip terbaru. ESP32-S31 diklaim bisa streaming kontinu sampai 16 MS per detik lewat antarmuka Gigabit Ethernet, dan driver SoapySDR untuk GNU Radio serta gqrx disebut akan segera menyusul. Ini jalur pertama yang membuat pemakaian sebagai SDR sungguhan, bukan sekadar analyzer, terlihat realistis tanpa FPGA tambahan.

Tiga Penemuan yang Saling Tidak Kenal

Kasus ini menarik karena bukan satu proyek yang menemukan satu hal, melainkan tiga tim yang bertemu pada fenomena serupa dari arah berbeda.

Proyek	Titik berangkat	Pendekatan	Yang bisa dilakukan
ESPARGOS	Array fase ESP32 untuk arah sinyal WiFi	Snapshot IQ dari banyak node, diproses bersama	Direction finding pada sinyal apa pun di band 2,4 GHz, kini dengan IQ phase-coherent
Proyek h0m3us3r	Ditemukan lewat Reddit, diunggah ke GitHub pada 26 September	ESP32-S3 ditambah FPGA sebagai front end USB3	Streaming IQ mentah kontinu ke PC, sehingga demodulasi penuh di sisi komputer seharusnya mungkin
C5VRX	Diunggah pertama kali ke GitHub pada 13 Agustus	ESP32-C5 dipakai sebagai penerima video FPV 5,8 GHz real-time	Menerima video FPV lewat mekanisme yang tampak berbeda, tapi tetap memakai penangkap IQ tak terdokumentasi

Perbedaan paling tajam ada pada cara keluaran data. ESPARGOS bekerja dengan snapshot, sedangkan proyek h0m3us3r mengirim IQ mentah secara kontinu lewat FPGA, jadi pemrosesan penuh di PC masuk akal. C5VRX berada di jalur ketiga: memakai temuan serupa untuk aplikasi penerima video, bukan untuk analisis spektrum umum.

Apa Itu Sampel IQ dan Kenapa Fase Jadi Kunci

Sinyal radio yang sampai ke antena adalah gelombang dengan amplitudo dan fase yang berubah terhadap waktu. Receiver kompleks menurunkan gelombang itu menjadi dua jalur, in-phase dan quadrature, yang bersama-sama menyimpan informasi amplitudo sekaligus arah fase. Karena itu disebut sampel IQ, dan bentuknya deretan angka kompleks per satuan waktu. Setelah data berada di bentuk ini, semua pekerjaan lain, filter, demodulasi, decoding, bisa dijalankan di perangkat lunak.

Yang membuat sampel IQ pada ESP32 menarik bukan hanya keberadaannya, melainkan koherensi fasenya. Kalau setiap node menangkap fase yang bisa dibandingkan, beberapa node boleh diperlakukan sebagai satu array. Dari situlah direction finding bekerja: selisih fase antar elemen antena menunjukkan dari mana sinyal datang. Tanpa fase yang koheren, angka yang tersedia hanya besaran daya, dan arah tidak bisa dihitung.

Di sinilah pergeseran ESPARGOS paling penting. Sebelumnya, proyek itu efektif hanya untuk sinyal WiFi dan Bluetooth karena format sinyalnya yang dikenal dan bisa ditebak. Dengan penangkapan IQ yang phase-coherent, alat itu berubah menjadi penerima array umum di band 2,4 GHz, yang tidak peduli siapa pengirimnya dan protokol apa yang dipakai.

Cara Membaca Angkanya Sebelum Membeli Chip

Empat angka dari laporan tersebut sudah cukup untuk menyaring harapan.

Parameter	Nilai yang dilaporkan	Artinya di lapangan
Cakupan frekuensi	2,2 sampai 2,7 GHz, ditambah 4,8 sampai 6,0 GHz pada ESP32-C5	Mencakup WiFi 2,4 GHz, Bluetooth, Zigbee, dan band FPV, tapi tidak menyentuh band mobile atau siaran
Bandwidth analog	Sekitar 13 sampai 54 MHz tergantung chip	Lebar spektrum yang terlihat sekaligus terbatas, jadi pemindaian pita lebar butuh beberapa potret
Laju sampel	Sampai 80 MS per detik	Cukup untuk potret IQ, tidak cukup untuk mengirim stream kontinu ke PC
Streaming kontinu	Sampai 16 MS per detik pada ESP32-S31 lewat Gigabit Ethernet	Satu-satunya jalur yang membuka demodulasi penuh tanpa FPGA perantara

Pembandingan dengan SDR dedicated sebaiknya dilakukan setelah spesifikasi alat pembanding dibaca sendiri, bukan dari ingatan. Yang bisa dipastikan dari laporan ini adalah posisi ESP32: cakupan sempit, bandwidth sempit, tanpa front end RF, tapi dengan harga hardware yang sudah ada di banyak meja kerja. Untuk pekerjaan yang hanya butuh melihat isi band 2,4 GHz, kombinasi itu sudah cukup masuk akal.

Mencoba Sendiri, dengan Catatan

Untuk yang ingin mencoba tanpa alat tulis firmware khusus, halaman ESP-WebSDR memungkinkan flashing firmware ke sebagian besar dev board ESP32 langsung dari browser, lalu menampilkan spektrum dan waterfall secara live. Itu jalur tercepat untuk merasakan apa yang dimaksud dengan sampel IQ di chip yang sudah tergeletak di laci.

Beberapa hal yang perlu dipahami sebelum mulai:

• Cakupan frekuensi bergantung model chip, bukan satu angka untuk semua ESP32. Rentang 2,2 sampai 2,7 GHz berlaku umum, dan tambahan 4,8 sampai 6,0 GHz khusus ESP32-C5.
• Bandwidth analog sekitar 13 sampai 54 MHz, jauh di bawah SDR dedicated kelas atas, jadi lebar pita yang bisa dilihat sekaligus terbatas.
• Laju sampel maksimum 80 MS per detik pada mode snapshot, dan 16 MS per detik pada mode streaming ESP32-S31 lewat Gigabit Ethernet.
• Tidak ada front end RF: tanpa low noise amplifier, filter, dan shielding, dynamic range dan noise floor akan kalah dibanding perangkat yang dirancang untuk radio.

Tiga Eksperimen Murah yang Masuk Akal

Pertama, flash firmware lewat browser dari halaman ESP-WebSDR pada dev board yang dimiliki, lalu nyalakan tampilan spektrum dan waterfall. Dari situ kelihatan berapa banyak kanal WiFi di sekitar yang benar-benar aktif, dan seberapa besar lalu lintas di tiap kanal. Kedua, jalankan pemindaian berulang pada jam yang berbeda untuk melihat pola penggunaan, karena interferensi di apartemen padat biasanya punya ritme. Ketiga, kalau punya dua board atau lebih, susun sebagai array sederhana dan arahkan ke satu pemancar yang diketahui, lalu amati bagaimana respons berubah terhadap posisi; itu bentuk paling dasar dari direction finding tanpa perlu kalibrasi presisi.

Tiga eksperimen itu semuanya pasif, dan itu pilihan yang disengaja. Eksperimen pasif memberi hampir semua nilai edukatif dari kasus ini tanpa memasukkan risiko regulasi dan gangguan ke jaringan orang lain.

Untuk yang ingin masuk ke sisi pemrograman ESP32 dengan pendekatan yang lebih rapi, tulisan panduan mulai embedded Rust di ESP32 membahas toolchain dan batas-batasnya, sementara kasus reverse engineering board monitor murah menunjukkan pola kerja yang sama: bongkar perangkat murah, temukan jalur yang tidak diiklankan, lalu bungkus jadi alat yang berguna. Keduanya berbagi metodologi dengan cerita ESP32 SDR ini, meski objeknya berbeda.

Kabar baiknya, semua ini terjadi pada hardware yang harganya di bawah alat ukur mana pun di meja lab. Kabar buruknya, jalur pintas itu tidak pernah dirancang untuk dipakai, jadi dokumentasi, stabilitas, dan dukungan vendor praktis tidak ada. Untuk proyek mainan, itu harga yang murah. Untuk produk yang dikirim ke pelanggan, itu risiko yang harus dihitung.

Kenapa Fitur Ini Bisa Ada

Jalan masuknya masuk akal kalau diingat bahwa transceiver WiFi dan Bluetooth di dalam chip ESP32 pada dasarnya adalah radio software defined. Sinyal di band 2,4 GHz sudah lebih dulu diturunkan ke baseband kompleks sebelum diproses DSP. Yang tidak disediakan vendor hanyalah jalur keluar untuk sampel mentah itu, karena alasan desain, lisensi, atau kesederhanaan API.

Sejarah radio perangkat lunak penuh dengan pola serupa: batasan yang dianggap spesifikasi produk ternyata hanya keputusan firmware. Ketika seseorang menemukan cara melewati lapisan itu, fitur yang tidak pernah diiklankan berubah menjadi kemampuan yang bisa dipakai orang banyak. Bedanya dengan cerita keamanan biasa, di sini yang terbuka bukan celah autentikasi, melainkan jalur data yang memang ada di silikon.

Konteks Regulasi dan Etika

Membaca spektrum di sekitar kita adalah aktivitas yang secara teknis mudah, tapi bukan berarti bebas aturan. Penerimaan sinyal di band ISM seperti 2,4 GHz dan 5,8 GHz umumnya longgar, sementara transmisi, apalagi pada frekuensi layanan berlisensi, berada di wilayah yang diatur regulator telekomunikasi setempat dan bisa kena sanksi. Karena itu, proyek seperti ESPARGOS dan C5VRX paling aman dijalankan pada jalur pasif, dan fitur transmisi phase-coherent yang disebut ESPARGOS perlu diperlakukan sebagai pekerjaan laboratorium, bukan eksperimen yang dihidupkan di apartemen padat.

Ada juga etika privasi yang tidak bisa dilepas dari antena arah. Direction finding pada sinyal WiFi berarti bisa menentukan lokasi perangkat berdasarkan identitas jaringannya. Kalau itu dilakukan di jaringan milik sendiri, wajar sebagai riset. Kalau dilakukan di ruang publik terhadap perangkat orang lain, aktivitasnya berubah jadi pelacakan. Perbatasan ini tidak ditegakkan oleh firmware, melainkan oleh keputusan pembuatnya.

Relevansinya untuk Developer Embedded Indonesia

Kenaikan kemampuan SDR murah punya efek praktis bagi yang membangun produk IoT. Pertama, pengukuran gangguan di band 2,4 GHz bisa dilakukan dengan biaya yang nyaris tidak ada, karena board yang dipakai untuk prototipe sudah cukup sebagai analyzer. Kedua, debugging link nirkabel yang gagal sering kali bukan soal kode, melainkan soal spektrum penuh, dan alat ukur murah mengubah cara tim mencari akar masalah. Ketiga, fitur yang tidak terdokumentasi mengingatkan bahwa datasheet bukan batas perangkat, jadi keputusan pemilihan chip perlu memasukkan kemungkinan bahwa vendor bisa menutup jalur itu lewat update.