Lab045: demonstrate real RF BPSK error correction

Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 <noreply@anthropic.com>

PROJECT_LOG.md

@@ -631,3 +631,61 @@ Common-clock preflight PASS: MASTER reg29 = 0x26, SLAVE reg29 = 0x26, SLAVE CLKI
 ## Следующий этап
 
 Защитить критические поля кадра от одиночных битовых ошибок при BER ~0.6 %: FEC либо избыточное/помехоустойчивое кодирование PHY LENGTH и protocol-заголовка (ошибка сорвала разбор именно в длине, а не в CRC полезной нагрузки). Только после этого имеет смысл повторный аппаратный прогон Lab044 и переход к более длинным/структурированным передачам.
+
+# Запись 023
+
+## Дата
+
+31 августа 2026 года
+
+## Тема
+
+Lab045: программная подготовка bit-level FEC для реального BPSK-пакета.
+
+## Выполнено
+
+Реализован свёрточный код R=1/2, K=7 с многочленами 171 и 133 octal, нулевым начальным состоянием и шестью нулевыми tail bits. Soft-decision decoder Витерби использует евклидову branch metric по вещественным BPSK-решениям до hard slicing. Соглашение BPSK сохранено от существующего тракта: бит 0 соответствует минус 1, бит 1 соответствует плюс 1.
+
+Добавлен детерминированный блочный interleaver с записью строками и чтением столбцами. Перестановка не теряет элементы на неполной последней строке, проверяется как полная биекция и одинаково применяется к coded bits и soft values. Существующий GF(256) erasure FEC 12+3 не менялся и остаётся механизмом более высокого уровня для известных потерянных fragments.
+
+Весь существующий protocol packet длиной 268 байт, включая 8-байтовый заголовок, 256 байт произвольного payload и CRC32, преобразуется в 2144 information bits и кодируется вместе с шестью tail bits в 4300 coded bits. Protocol parser вызывается только после deinterleave и soft Viterbi; существующий CRC32 остаётся независимым end-to-end решением.
+
+PHY header расширен до magic, версии, длины packet и 8-битного checksum. Его 48 бит защищены побитовым повторением b,b,b до 144 бит. Majority decoder fail-closed проверяет magic, версию, checksum, предел длины и наличие рассчитанного числа coded symbols до запуска FEC decoder.
+
+Подготовлен IQ-адаптер поверх доказанного Lab044: независимый PRBS7 detector, timing, CFO и phase/polarity recovery переиспользуются без TX payload, а FEC получает normalized.real до hard slicing. Диагностическое сравнение с TX разрешено отдельной функцией только после независимого CRC verdict.
+
+Точный кадр Lab045 содержит 5724 BPSK-символа. При 400 samples per symbol и существующих guard/RRC параметрах Lab044 форма содержит 2 306 400 samples и длится 288,3 мс при 8 MS/s. Для сравнения Lab044 содержал 3456 символов, 1 399 200 samples и 174,9 мс.
+
+Синтетический software-тракт прошёл. В детерминированном опыте с 28 ошибками из 4300 coded bits, BER 0,6512 процента, после FEC осталось 0 ошибок protocol packet, CRC PASS и payload восстановлен точно. Пачка из 14 соседних channel symbols также исправлена. Отдельный AWGN-тест подтвердил реальное использование soft-амплитуд: soft Viterbi дал 0 information-bit errors, тогда как hard baseline по тем же значениям дал 5.
+
+Полный программный шлюз: `python tools/quick_gate.py` PASS, `python -m pytest tests/ -q` дал 417 passed, 0 failed, 0 skipped, `git diff --check` чист. Подробности, формат кадра и ограничения записаны в `docs/lab045_current_state.md`.
+
+Аппаратные утилиты в этой сессии не запускались. RF TX = 0, RF RX = 0, hardware validation не выполнялась. Git add, commit и push не выполнялись.
+
+Следующий этап: после отдельного разрешения подготовить ограниченный аппаратный runner Lab045 на базе common-clock preflight, one-TX guard, артефактов и cleanup Lab044, повторно пройти software gate и только затем рассматривать один аппаратный FEC-прогон.
+
+# Запись 024
+
+## Дата
+
+1 сентября 2026 года
+
+## Тема
+
+Lab045: первый аппаратный RF-прогон bit-level FEC — RESULT A, реальная помехоустойчивая коррекция в эфире доказана.
+
+## Выполнено
+
+Перед эфиром исправлена устаревшая цифра в Записи 023 (414 → 417 passed) и в документации явно разделены две величины: информационные символы кадра (5724 символа, 2 289 600 отсчётов, 286,2 мс) и фактически сгенерированная форма сигнала (2 306 400 отсчётов, 288,3 мс). Разница в 42 символа (16 800 отсчётов) подтверждена прямо по формирователю shape_frame_like_lab042: 32 нулевых защитных символа (guard, по 16 с каждой стороны) плюс 10 символов длины корневого приподнятого косинуса (переходный хвост фильтра, режим full). Это учётная величина, а не дефект сигнала; форма не менялась. Тот же механизм даёт 1 399 200 отсчётов в Lab044.
+
+Программный шлюз перед эфиром: quick_gate PASS, pytest 417 passed, git diff --check чист. Обе платы видны, серийники соответствуют ролям.
+
+Выполнен ровно один аппаратный прогон `python experiments/lab045_hackrf_bpsk_fec.py --hardware --i-understand-hardware`. RF TX count = 1, без повторов. Рабочая точка Lab043/Lab044 без изменений: RF 1080 МГц, 8 MS/s, BPSK 20 ксимв/с, digital carrier +50 кГц, TX VGA 10 дБ, RX LNA/VGA 24/24 дБ, RF amp и bias OFF. Общий опорник: MASTER reg29 = 0x26, SLAVE reg29 = 0x26, SLAVE CLKIN = DETECTED (за 2 опроса, 141,8 мс). RX стартовал до TX; логи TX/RX чистые: 0 overruns, 0 underruns; clipping 0.
+
+Результат — **RESULT A** с флагом **REAL RF FEC CORRECTION DEMONSTRATED = YES**. Канал в этом прогоне оказался существенно шумнее рабочей точки Lab044: SNR всего 2,63 дБ, ошибок преамбулы 39/1280 (3,05 %). Независимый приёмник (детектор преамбулы, timing, CFO, phase/polarity, мажоритарный PHY header) без доступа к переданным данным извлёк мягкие BPSK-значения. Диагностическое сравнение с TX, разрешённое только после независимого CRC-решения, показало 155 ошибок из 4300 кодированных бит (BER 3,60 %) до FEC. После deinterleave и мягкого декодера Витерби: 0 ошибок пакета (0/2144), 0 ошибок payload (0/2048), 0 байтовых ошибок. CRC PASS, protocol header корректен (SYNC 0xAA55, версия 1, тип 2, sequence 44, payload_length 256). Восстановленный 256-байтный произвольный payload побитово точен: SHA-256 rx_payload.bin совпал с tx_payload.bin (cb9d06fe…), rx_packet.bin совпал с tx_packet.bin (ed5a5713…). Это прямое доказательство: при SNR 2,63 дБ незащищённый пакет Lab044 не прошёл бы CRC, а свёрточный код R=1/2 K=7 с мягким Витерби исправил все реальные ошибки эфира.
+
+Артефакты: `C:\Users\user\Documents\SDR_Rover_Lab045_raw\20260901_103434_bpsk_fec\`. SHA-256 всех реально созданных бинарных файлов вычислены дважды и совпали; фиктивных файлов не создавалось. Cleanup: MASTER/SLAVE CLKOUT OFF (SLAVE CLKIN «no clock signal detected»), зависших hackrf_transfer нет. Пост-RF шлюз повторно пройден: quick_gate PASS, pytest 417 passed, git diff --check чист. Второй TX не выполнялся. Git add/commit/push не выполнялись: результат сначала смотрит ChatGPT.
+
+## Следующий этап
+
+Проанализировать первый аппаратный результат Lab045 (в частности, почему SNR упал до 2,63 дБ против 7,19 дБ в Lab044 — вероятно антенна/связь/положение) и по решению ChatGPT определить, что дальше: закрепление рабочей точки, переход к более длинным/структурированным передачам или к сжатому изображению. Ни FEC/QPSK/JPEG/video, ни второй TX в этой сессии не запускаются.