# Lab042 — техническое задание ## Передача JPEG через настоящий радиотракт: кабельная петля на одном PlutoSDR Документ предназначен для исполнителя, не участвовавшего в предыдущих лабораторных. Всё, что нужно для работы, изложено здесь. --- ## 1. Зачем эта лабораторная За Lab001–Lab041 собран весь тракт передачи изображения, кроме одного звена: **передатчик ни разу не включался**. Во всём проекте нет ни одного вызова передачи через SDR. Цель Lab042 — соединить уже готовые части и получить **изображение, прошедшее через настоящий радиотракт**. Не улучшить, не оптимизировать, не измерить дальность. Получить картинку на выходе. Всё, что не требуется для этой цели, в Lab042 не делается. --- ## 2. Что уже готово и должно быть переиспользовано Ничего из перечисленного писать заново не нужно. | Звено | Где взять | |---|---| | Разбиение JPEG на фрагменты и сборка обратно | `protocol/image_fragments.py`, примеры в `tests/lab007_image_fragmentation.py` | | Пакет с CRC32, кодирование и разбор | `protocol/packet.py` | | Подбор размера и качества JPEG | `tests/lab010_image_optimization.py`, готовые профили в `data/processed/lab010` | | Формирование радиокадра с преамбулой и маркером | `build_radio_frame` в `tests/lab018_bpsk_radio_frame.py` | | Фильтр приподнятого косинуса | `root_raised_cosine_taps` там же | | Модуляция BPSK | `bpsk_modulate` там же | | Поиск кадра в потоке отсчётов | `find_radio_frame` в `tests/lab019_bpsk_receiver.py` | | Оценка и коррекция ухода частоты | `estimate_carrier_parameters`, `correct_phase_and_frequency` там же | | Демодуляция и разбор кадра | `bpsk_demodulate`, `decode_radio_frame` там же | | Работа с Pluto на приём | `tests/lab024a_pluto_rx_capture.py` | **Единственное, чего нет в проекте — передача.** Это и есть основной объём работы. --- ## 3. Почему петля на одном устройстве, а не два устройства Передатчик и приёмник одного PlutoSDR работают от общего опорного генератора. Поэтому между ними практически нет ухода несущей частоты и не расходятся часы. Это снимает ровно те две проблемы, которые в проекте проработаны слабее всего, и позволяет получить картинку сразу. Разведение на два устройства — отдельная лабораторная Lab043, там появится настоящий уход частоты, и вот там понадобятся наработки Lab021–Lab023. **Не пытайтесь сделать Lab042 и Lab043 одной работой.** Разница между ними — вся сложность синхронизации. --- ## 4. Требования безопасности Обязательны к исполнению. Это правило 8 проекта, оно не формальное. 1. Выход передатчика соединяется с входом приёмника **только кабелем через аттенюатор**. Рекомендуемое ослабление 30 дБ. 2. **Антенну на передатчик не подключать.** Выход в эфир в этой лабораторной не выполняется ни при каких условиях. 3. Передатчик не включать при отключённом кабеле: выход без нагрузки вреден для оконечного каскада. 4. Усиление передатчика начинать с минимального и поднимать только при необходимости. --- ## 5. Параметры тракта Все значения взяты из Lab018 и менять их в этой лабораторной **запрещено**. Причина: переход на железо сам по себе вносит достаточно неизвестных. Менять одновременно и параметры сигнала — значит потерять возможность понять причину отказа. | Параметр | Значение | Источник | |---|---|---| | Символьная скорость | 20 000 симв/с | `SYMBOL_RATE`, Lab018 | | Отсчётов на символ | 32 | `SAMPLES_PER_SYMBOL`, Lab018 | | Частота дискретизации | 640 000 Гц | произведение двух предыдущих | | Скругление фильтра | 0,35 | `RRC_ROLLOFF`, Lab018 | | Длина фильтра | 10 символов | `RRC_SPAN_SYMBOLS`, Lab018 | | Преамбула | 64 бита | `PREAMBLE_BIT_COUNT`, Lab018 | | Слово синхронизации | 0xD391 | `RADIO_SYNC_WORD`, Lab018 | | Защитный интервал | 16 символов | `GUARD_SYMBOL_COUNT`, Lab018 | | Амплитуда передачи | 0,70 | `TX_AMPLITUDE`, Lab018 | Полезная скорость получается около 20 кбит/с. Для картинки в несколько килобайт это единицы секунд. Этого достаточно: цель — картинка, а не скорость. ### Параметры PlutoSDR | Параметр | Значение | Примечание | |---|---|---| | Адрес устройства | `ip:192.168.2.1` | как в Lab024a | | Несущая передачи и приёма | 435 МГц | обе одинаковые | | Частота дискретизации | 640 000 | совпадает с трактом | | Полоса радиочастотного тракта | 200 000 Гц | минимум Pluto, сигнал занимает около 27 кГц | | Усиление передатчика | начать с −40 дБ | допустимый диапазон от −89 до 0 | | Режим усиления приёмника | `manual` | автоматика мешает измерениям | | Усиление приёмника | начать с 20 дБ | подобрать по амплитуде | | Циклический буфер передачи | **выключен** | см. раздел 7 | Про несущую: 435 МГц выбрана потому, что нижняя граница PlutoSDR составляет около 325 МГц, а целевой диапазон проекта ниже 350 МГц находится у самого края. Поскольку передача идёт по кабелю и в эфир не выходит, выбор частоты здесь ни на что не влияет. Вопрос рабочего диапазона решается отдельно перед Lab044. --- ## 6. Порядок работы **Передающая сторона** 1. Взять исходное изображение из `data/raw`, привести к профилю из Lab010 так, чтобы JPEG получился не крупнее 5 КБ. 2. Разбить на фрагменты через `protocol/image_fragments.py`. 3. Каждый фрагмент упаковать в пакет с CRC32 через `protocol/packet.py`. 4. Каждый пакет обернуть в радиокадр через `build_radio_frame`. 5. Промодулировать BPSK и отфильтровать. 6. Привести к целым числам и передать. **Приёмная сторона** 1. Запустить приём **до** начала передачи. 2. Найти кадры через `find_radio_frame`. 3. Скорректировать фазу и частоту. 4. Демодулировать, разобрать кадр, проверить CRC32. 5. Собрать изображение из уцелевших фрагментов и сохранить на диск. Приём и передача идут в одном процессе. Приём запускается первым — иначе начало первого кадра теряется безвозвратно. --- ## 7. Ловушки, на которых спотыкаются в первый раз Перечислено то, что почти наверняка будет сделано неправильно без предупреждения. 1. **Циклический буфер передачи.** У PlutoSDR буфер передачи по умолчанию повторяется бесконечно. Кажется, что передан один кадр, а передаётся бесконечный поток. Признак: приёмник видит тысячи копий одного кадра, а передача не заканчивается. Буфер надо явно выключить и явно освобождать после передачи. 2. **Масштаб отсчётов.** PlutoSDR принимает целые числа, а не дробные значения от минус единицы до единицы. Готовый сигнал надо умножить на масштабный множитель, обычно 2 в степени 14. Признак ошибки: передаётся почти тишина, приёмник ничего не находит. 3. **Приём запущен после передачи.** Начало кадра теряется, преамбула не находится. Признак: `find_radio_frame` не срабатывает при заведомо исправном сигнале. 4. **Размер приёмного буфера меньше кадра.** Кадр не помещается целиком, поиск преамбулы срывается. Буфер должен вмещать кадр с запасом минимум вдвое. 5. **Автоматическая регулировка усиления приёмника.** Меняет амплитуду в процессе и портит оценку. Режим должен быть ручным. 6. **Насыщение приёмника.** При слишком слабом ослаблении сигнал упирается в потолок и созвездие разваливается, хотя уровень кажется отличным. Признак: демодуляция не работает при очень сильном сигнале. Лечится увеличением ослабления, а не усилением. 7. **Переходный процесс в начале передачи.** Первые несколько десятков отсчётов недостоверны. Поэтому в тракте есть защитный интервал в 16 символов — его нельзя убирать. --- ## 8. Что считается выполненной работой Лабораторная принимается, если выполнено всё перечисленное. **Обязательный результат** 1. Файл принятого изображения на диске, открывающийся просмотрщиком. 2. Принятое изображение совпадает с переданным при отсутствии потерь — сравнение по контрольной сумме всего файла. 3. Работа воспроизводится: два запуска подряд дают одинаковый успешный результат. **Обязательные измерения** | Величина | Как получить | |---|---| | Размер переданного JPEG, байт | из файла | | Число фрагментов и пакетов | из разбиения | | Число принятых кадров | счётчик приёмника | | Число кадров, не прошедших CRC32 | счётчик приёмника | | Доля успешно принятых фрагментов | отношение | | Полное время передачи, секунды | измерение | | Фактическая полезная скорость, кбит/с | расчёт из двух предыдущих | | Усиление передатчика и приёмника | из настроек устройства | | Ослабление аттенюатора, дБ | из состава схемы | **Обязательные файлы в `data/processed/lab042`** - принятое изображение; - CSV с измерениями из таблицы выше; - текстовый отчёт; - график созвездия принятого сигнала; - график спектра принятого сигнала. **Требования к коду** - Ничего из `protocol/` не переписывать. Только использовать. - Параметры тракта из раздела 5 не менять. - Все константы вынести в начало файла с указанием источника, как это сделано в Lab041. - Никаких вписанных руками результатов: каждое число в отчёте должно вычисляться из измерений текущего запуска. Это отдельно проверяется при приёмке. - Файл лабораторной: `tests/lab042_pluto_image_loopback.py`, запуск через `python -m tests.lab042_pluto_image_loopback` из корня проекта. --- ## 9. Что в этой лабораторной делать не надо Перечислено, чтобы не расширять объём. - Не реализовывать повторную передачу потерянных фрагментов. Потери фиксируются, но не восстанавливаются. - Не подключать исправление стираний из `protocol/packet_erasure_fec.py`. - Не поднимать скорость и не менять модуляцию. - Не выходить в эфир и не подключать антенну. - Не работать с двумя устройствами. - Не трогать логику сеансов, аварийной остановки и приоритетов — она к передаче картинки отношения не имеет. Всё это относится к последующим лабораторным. --- ## 10. Порядок приёмки 1. Исполнитель выполняет работу и сообщает о готовности. 2. Проверяется `python tools/quick_gate.py` — должен проходить. 3. Проводится аудит: соответствие разделу 8, отсутствие вписанных результатов, происхождение каждого числа в отчёте. 4. При наличии замечаний они оформляются списком с указанием файла и строки. 5. После приёмки в `PROJECT_LOG.md` добавляется новая запись по принятому в проекте образцу. --- ## 11. Что дальше - **Lab043** — разведение на два устройства: передаёт PlutoSDR, принимает RTL-SDR. Появляется настоящий уход несущей частоты и расхождение часов. Здесь понадобятся Lab021–Lab023. - **Lab044** — выбор рабочего диапазона и первый выход в эфир на малой мощности. - Повышение скорости, исправление стираний и передача последовательности кадров — после того, как картинка устойчиво проходит.