SDR-Rover/docs/lab043_current_state.md

Lab043 — фактический checkpoint

Технический снимок состояния для продолжения работы без истории чата. Только факты и результаты измерений. Дата снимка: 27 августа 2026 года.

Пометки источника: [файл] — подтверждено чтением raw/analysis/report; [handoff] — со слов оператора/handoff-промпта, в файлах не найдено; [расчёт] — вычислено из существующих artifacts при этом снимке.

Сокращения при первом употреблении: TX (Transmitter) — передатчик; RX (Receiver) — приёмник; LNA (Low-Noise Amplifier) — малошумящий входной усилитель; VGA (Variable-Gain Amplifier) — усилитель с регулируемым коэффициентом; ADC (Analog-to-Digital Converter) — аналого-цифровой преобразователь; BPSK (Binary Phase Shift Keying) — двоичная фазовая манипуляция, два состояния фазы, один бит на символ; QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) — четырёхпозиционная фазовая манипуляция, два бита на символ; SNR (Signal-to-Noise Ratio) — отношение сигнал/шум; BER (Bit Error Rate) — доля ошибочных битов; SER (Symbol Error Rate) — доля ошибочных символов, для BPSK совпадает с BER; CFO (Carrier Frequency Offset) — остаточное смещение несущей; TCXO — термокомпенсированный кварцевый генератор; CRC (Cyclic Redundancy Check) — циклический контроль избыточности.

1. Цель Lab043

Довести цифровой канал HackRF → HackRF при общей опоре до устойчивого приёма BPSK, затем последовательно перейти: BPSK → QPSK → бинарные данные → пакет → CRC → файл → сжатое изображение → редкие видеокадры. Не превращать диагностику BPSK в бесконечное исследование, но перейти дальше только после подтверждённого рабочего BPSK.

2. Оборудование

Две платы HackRF One r9. Host tools 2024.02.1, libhackrf 2024.02.1 (API 0.9), прошивка обеих 2024.02.1 (API 1.08). Обе — клоны, hackrf_info сообщает, что железо не выглядит произведённым Great Scott Gadgets; это известно и само по себе не STOP. Инструменты: C:\Users\user\Tools\HackRF\Library\bin\. Pluto+ в текущем тракте не используется. [файл: hackrf_info]

3. Serial

• MASTER / TX: 000000000000000097c063dc323b97d3
• SLAVE / RX: 000000000000000097c063dc2e5327d3 [файл: hackrf_info]

4. Внешняя опора

JYEC TCXO 10.000000 MHz, 0.1 ppm, установлен на MASTER. [handoff]

5. Физическая схема опоры

TCXO 10 MHz → MASTER → MASTER CLKOUT → SLAVE CLKIN → SLAVE. SLAVE CLKOUT должен оставаться OFF, clock loop не создавать.

6. Доказательство выбора внешней опоры через reg29

Si5351 register 29: до запуска трансивера 0x0e; после RX при внешней 10 MHz опоре 0x26. Это переключение PLLA с внутреннего 25 MHz кварца на внешний 10 MHz CLKIN. Цепь подтверждена: MASTER после RX reg29=0x26, MASTER CLKOUT ON, SLAVE до CLKOUT сигнала нет, после CLKOUT сигнал обнаружен, SLAVE после RX reg29=0x26. Считать доказанным, заново не исследовать. [файл: оба report.txt подтверждают reg29=0x26 у MASTER и SLAVE]

7. Тоновый опыт до правильной синхронизации

Наблюдался значительный уход несущей. [handoff]

8. Старый CFO

Примерно +1165.124 Hz до общей опоры. [handoff; в файлах тонового опыта только сырые IQ, отчёт не сохранён]

9. Результат после общей опоры

Residual CFO примерно +0.041 Hz. Улучшение примерно в 28417 раз. Килогерцовый CFO устранён общей 10 MHz опорой. К программной компенсации большого CFO как к причине отказа BPSK не возвращаться. [handoff; тоновый raw существует, файла анализа с этим числом нет]

10. Параметры RF-тракта

• RF center: 1080 MHz
• Fs (частота дискретизации): 8 000 000 отсчётов/с
• symbol rate: 20 000 символов/с
• samples/symbol: 400
• digital carrier offset: +50 000 Hz
• MASTER TX VGA: 10 dB
• TX RF amp: OFF; antenna bias/power: OFF
• SLAVE RX RF amp: OFF; bias: OFF; RX gain — по текущей точке лестницы [файл: metadata.json, rx_stdout.txt]

11. Параметры BPSK-формы

17664 символов = 17664 бита. Преамбула 1280 символов (источник pilot_prbs7, initial_state 0x7f). Payload 16384 бита (NumPy PCG64, seed 0x043). Rolloff 0.35, RRC span 10 символов, guard 16 символов с каждой стороны. bits SHA-256: aeae114e831ac6b20a82d70fa5153072f574ef04ea2aec8d9f6d0103100107c2. Программный roundtrip формы: корреляция преамбулы 0.99995, bit errors 0, BER 0. [файл: source_waveform_metadata.json]

12. SHA-256 эталонной TX-формы

fed634fb2a4fbf41ea5a1fce547447b8e3e6dbe8110b8429c507637c6d2d1baa

Проверено при этом снимке: SHA файла tx_bpsk_cs8.iq во внешнем каталоге лестницы совпал с эталоном. До любого TX сверять SHA; при отличии STOP. [файл + расчёт]

13. Результат первого BPSK при общей опоре

Каталог 20260827_125733_common_clock_bpsk, RX LNA 8 / VGA 16. [файл: analysis.json]

• независимая преамбула: НЕ найдена (preamble_found=False)
• symbol SNR: −28.31 dB
• BER (forced diagnostic): 47.88 %
• constellation separation/spread: 0.0767
• clipping: 0; peak ADC: I=2, Q=3
• классификация: C

Примечание: handoff-промпт для этого опыта приводил SNR −26.20 dB, BER 47.70 %, separation 0.0978. Расхождение с файлом небольшое; при конфликте источником считается файл analysis.json.

14. Первая RX gain ladder

Каталог 20260827_130958_common_clock_bpsk_gain_ladder. TX постоянно VGA 10 dB, RF amp OFF. |h| — комплексный коэффициент канала rx ≈ h·tx, здесь абсолютный RMS полезного сигнала в кодах ADC (rms_centered_complex); шкала ADC HackRF: int8, −128…127. Δ|h| — изменение относительно предыдущей точки. [файл: analysis.json по точкам; Δ|h| и dBFS — расчёт]

LNA	VGA	peak, кодов	|h| (RMS), кодов	|h|, dBFS	Δ|h|	symbol SNR, dB	separation	BER	preamble	clipping	status
8	8	3	0.176	−57.2	—	−51.70 (diag)	0.0053 (diag)	49.98 % (diag)	NO	0	нет синхр.
16	8	3	0.264	−53.7	+3.5 dB	−20.81 (diag)	0.1823	44.87 % (diag)	NO	0	нет синхр.
16	16	4	0.579	−46.9	+6.8 dB	−10.62	0.5892	33.84 %	YES	0	порог не достигнут
24	16	3	0.346	−51.4	−4.5 dB	−2.62	1.4795	14.70 %	YES	0	порог не достигнут

Классификация ladder: B.

15. Лучшая текущая точка

LNA 24 / VGA 16: preamble YES; symbol SNR −2.62 dB; BER 14.70 %; separation 1.4795; clipping 0. Это лучший проверенный результат, но не рабочая рекомендация. [файл]

16. Почему QPSK не запущен

Рабочий порог не достигнут: BER 14.70 % при цели ≤ 1 %; SNR −2.62 dB при цели ≥ 6 dB; separation 1.4795 при цели ≥ 2. QPSK, JPEG, пакеты, видео до подтверждённого BPSK не запускать.

17. Текущая гипотеза и открытый вопрос

Формально задача — продолжить RX gain ladder выше 24/16 и одновременно проверять физический рост полезного |h|. Но данные уже показывают проблему: полезный сигнал занимает лишь единицы кодов ADC (peak ≤ 4 из 128, RMS ≤ 0.58), и рост номинального усиления на 24 dB (8/8 → 24/16) дал прирост |h| лишь около +6 dB, немонотонно, с падением на 4.5 dB при переходе 16/16 → 24/16. Это близко к STOP-условию: усиление не превращается в амплитуду на ADC. Прежде чем крутить усиление выше, проверить, растёт ли физически |h|, и почему полезный сигнал оцифровывается всего 2 битами из 8. [расчёт из analysis.json]

18. Рабочие критерии BPSK

Все одновременно: independent preamble YES; BER ≤ 1 %; symbol SNR ≥ 6 dB; constellation separation ≥ 2; без clipping и перегруза ADC. Цель — не максимальный gain, а минимальная безопасная рабочая точка.

19. Пути к raw / report / analysis

Внешний корень (в Git не хранить): C:\Users\user\Documents\SDR_Rover_Lab043_raw\

• 20260827_common_clock_tone\ — тоновый опыт, только сырые IQ.
• 20260827_125733_common_clock_bpsk\ — первый BPSK: report.txt, analysis.json, rx_cs8.iq.
• 20260827_130958_common_clock_bpsk_gain_ladder\ — лестница: report.txt, summary.json, source_waveform_metadata.json, tx_bpsk_cs8.iq, подкаталоги lnaXX_vgaXX\ (rx_cs8.iq, background_cs8.iq, analysis.json, metadata.json, constellation.png, correlation.png, rx_stdout.txt, rx_stderr.txt).

20. Следующий конкретный эксперимент

Продолжить лестницу выше 24/16 (кандидаты 24/24, 32/24, 32/32, 40/32 после проверки допустимых ступеней libhackrf 2024.02.1), TX не менять, RF amp OFF, TX VGA 10 dB. Каждая точка — отдельный опыт: preflight общей опоры, RX до TX, один короткий BPSK TX, сохранить raw, измерить |h| и Δ|h| dB, проверить перегруз, и только затем решать о следующей точке. STOP немедленно при достижении рабочей точки, при clipping/перегрузе, или если рост gain не даёт роста |h|.

Критический разрыв передачи (обнаружен при этом снимке): инструмент, которым выполнялись BPSK-опыты HackRF → HackRF (генерация формы, вызовы hackrf_transfer для TX/RX, анализ преамбулы/SNR/BER/созвездия), в репозитории отсутствует — ни отслеженного, ни неотслеженного .py. В репозитории есть только experiments/lab043_hackrf_gain_ladder.py, но это Pluto+ → HackRF и один непрерывный тон, не BPSK, потолок 24/24. Внешние artifacts (TX-форма, RX-захваты, analysis.json) существуют, но порождающий код — нет. Для воспроизводимого продолжения «той же формой и тем же анализом» этот инструмент нужно закоммитить в проект либо написать заново отдельной согласованной задачей. [расчёт: полный поиск по репозиторию]

21. Запреты

• Не возвращаться без причины к Pluto+ в текущем тракте.
• Не пересматривать доказанный common clock и reg29.
• Не запускать QPSK, JPEG, пакеты и видео до BPSK PASS.
• Raw-файлы IQ в Git не добавлять; хранить во внешнем каталоге.
• Форму BPSK не менять; до TX сверять SHA-256, при отличии STOP.
• Усиление вслепую не крутить: каждая точка — отдельный контролируемый опыт.

22. Common-clock recheck 28 августа 2026 года

Повторная аппаратная проверка после восстановления кабеля MASTER CLKOUT → SLAVE CLKIN завершена с результатом PASS: MASTER после короткого RX имел reg29=0x26; SLAVE дословно вернул CLKIN status: clock signal detected; SLAVE после короткого RX имел reg29=0x26. После проверки CLKOUT обеих плат переведены в Down, процессов hackrf_transfer не осталось. RF TX не выполнялся.

Обнаруженный false-positive parser исправлен fail-closed: полные строки clock signal detected и no clock signal detected распознаются раздельно; пустой или неожиданный вывод даёт UNKNOWN. Продолжение разрешает только DETECTED.

23. Offline reconciliation старой BPSK gain ladder

Фактический анализатор первой лестницы восстановлен из журнала запуска Codex от 27 августа. Git, PowerShell history, временные .py/.ps1 и каталог raw исходного кода не содержали. Старый код сначала находил oracle-start полной известной 17664-битной формой, а затем проверял близость глобального пика преамбулы. Поэтому историческая реализация содержала data leakage в одной из проверок, хотя сам preamble-only пик вычислялся отдельно.

Причина расхождения нового runner: старый detector исключал вокруг главного пика ±0.05 с, то есть ±1000 символов, а первая версия runner сравнивала с PRBS7-повтором через 127 символов за пределами лишь ±4 символов. Дополнительно runner применял 10*log10 к отношению амплитуд корреляции вместо исторического 20*log10. До этого этапа signed int8, I/Q, DC removal, перенос exp(-j...), 50 кГц, 400 отсчётов/символ и timing совпадали.

Исправленный официальный путь глобально ищет start и timing только по преамбуле. Полная форма не влияет на preamble PASS и хранится только как явно помеченная oracle diagnostic. Остаточный CFO оценивается non-data-aided по фазе квадрата BPSK-потока; квадрат устраняет неизвестные знаки payload. Полярность и начальная фаза снимаются по преамбуле.

Regression четырёх неизменённых raw:

LNA	VGA	sync	|h|	Δ|h|	SNR, dB	separation	BER
8	8	oracle diagnostic	3.6166e-6	—	-51.70 diag	0.0053 diag	NOT COMPUTED; 49.98% diag
16	8	oracle diagnostic	1.8902e-4	+34.36 dB	-20.81 diag	0.1823 diag	NOT COMPUTED; 44.87% diag
16	16	independent	1.3641e-3	+17.17 dB	-10.62	0.5892	33.78%
24	16	independent	2.1859e-3	+4.10 dB	-2.62	1.4795	14.78%

Первые два |h| являются oracle diagnostic при почти случайном BER, поэтому их большие дельты нельзя считать точной физической калибровкой gain. Между двумя независимо синхронизированными точками 16/16 → 24/16 полезная BPSK- компонента выросла на 4.10 dB: RX gain физически помогал, но прирост оказался меньше номинальных 8 dB.

Для 24/16 научно корректный результат: preamble YES только по преамбуле; detected sample 6263020, refined start 6263013, timing phase -1; correlation 29.43 dB над median и 12.41 dB над независимым вторым кандидатом; CFO -0.01224 Hz; carrier phase 122.17°; preamble errors 200/1280; официальный BER 14.78%; измерительный symbol SNR -2.62 dB; separation 1.4795. Старые 14.70% воспроизводятся только при full-frame-aided оценке carrier и остаются сравнительной, а не официальной величиной.

Offline analyzer, deterministic waveform, direct invocation и fail-closed common-clock skeleton покрыты тестами. Реальный hardware RX/TX режим по-прежнему не реализован: run_one_gain_point() намеренно заканчивается NotImplementedError, RF TX calls=0. Следующую gain ladder не запускать до отдельной реализации и проверки аппаратного режима.

24. Hardware runner и остановка ladder 31 августа 2026 года

run_one_gain_point() завершён как fail-closed аппаратная процедура: детерминированная форма и SHA-gate выполняются до обращения к HackRF; затем common-clock preflight, старт SLAVE RX до TX, ровно один разрешённый TX, штатное завершение RX, двойная проверка SHA-256 и размера raw, проверка overrun/underrun, независимый preamble-only анализ и безусловное выключение обоих CLKOUT. Последовательный режим создаёт каталог только для фактически начатой точки и после каждого анализа проверяет PASS/STOP.

Mock-проверки воспроизвели preflight failure, SHA failure, RX startup failure, успешный единичный TX, TX failure без повтора, analysis failure без повтора, cleanup процесса и обоих CLKOUT, а также запрет второго TX. Перед аппаратной попыткой: python tools/quick_gate.py PASS; python -m pytest tests/ -q: 343 passed; git diff --check PASS. Предупреждение pytest относилось только к невозможности создать .pytest_cache и не затрагивало тесты.

Разрешённая лестница 24/24 → 32/24 → 32/32 → 40/32 была запущена через репозиторный experiments/lab043_hackrf_bpsk.py, но common-clock preflight остановил её до первой точки: MASTER прошёл свою часть проверки, после включения MASTER CLKOUT SLAVE дословно вернул CLKIN status: no clock signal detected. Классификация запуска D, выполненных gain points 0, RF TX calls 0, RECOMMENDED RX GAIN отсутствует. Итоговый отчёт: C:\Users\user\Documents\SDR_Rover_Lab043_raw\20260831_110014_common_clock_bpsk_gain_ladder_2\ladder_report.json.

После STOP обе платы явно получили команду CLKOUT OFF; процессов hackrf_transfer, hackrf_clock и hackrf_debug не осталось. Следующий шаг: физически проверить соединение MASTER CLKOUT → SLAVE CLKIN и отдельным common-clock preflight восстановить тройной PASS до нового разрешения RF.

После физического восстановления соединения отдельная ручная проверка дала тройной PASS: MASTER reg29=0x26, точная строка SLAVE CLKIN status: clock signal detected, SLAVE reg29=0x26; оба коротких RX имели 0 overruns. Однако немедленно запущенный репозиторный runner повторил свой обязательный preflight и получил от SLAVE CLKIN status: no clock signal detected. Поэтому лестница снова остановлена до первой точки: gain points 0, RF TX calls 0, классификация D. Отчёт второй попытки: C:\Users\user\Documents\SDR_Rover_Lab043_raw\20260831_111352_common_clock_bpsk_gain_ladder_2\ladder_report.json. Противоречие PASS → NOT_DETECTED означает нестабильное соединение или детектирование общей опоры; повторять RF-запуск автоматически нельзя.

После замены пользователем провода общей опоры выполнена ещё одна явно разрешённая попытка runner. Его обязательный preflight снова получил точную строку CLKIN status: no clock signal detected; gain points 0, RF TX calls 0, классификация D. Отчёт: C:\Users\user\Documents\SDR_Rover_Lab043_raw\20260831_111801_common_clock_bpsk_gain_ladder_2\ladder_report.json. Поскольку отдельная ручная последовательность ранее дала PASS, а runner проверяет CLKIN сразу после включения MASTER CLKOUT, следующая программная гипотеза — недостаточная выдержка перед чтением CLKIN. До её согласованной реализации и mock-проверки новые RF-попытки не выполнять.

25. Common-clock settle-time 31 августа 2026 года

Timing/race hypothesis подтверждена измерением без RF TX. В исходном измерительном цикле запросы после MASTER CLKOUT ON дали NOT_DETECTED на 37.9 и 115.3 мс, затем DETECTED на 171.0 мс. MASTER и SLAVE после коротких RX имели reg29=0x26, cleanup обеих плат завершился без ошибок.

В runner реализован fail-closed bounded polling на монотонных часах: initial_settle_s=0.050, poll_interval_s=0.050, timeout_s=0.500. UNKNOWN, ненулевой exit code и subprocess exception немедленно закрывают gate; постоянный NOT_DETECTED заканчивается TIMEOUT. Предел 500 мс выбран почти втрое больше первого измеренного времени 171 мс и более чем вдвое больше максимума подтверждающей серии 196.55 мс, но не допускает неограниченного ожидания.

Пять полностью раздельных common-clock-only циклов дали 5/5 PASS:

cycle	time to DETECTED, ms	queries	MASTER reg29	SLAVE CLKIN	SLAVE reg29
1	132.27	2	0x26	DETECTED	0x26
2	134.45	2	0x26	DETECTED	0x26
3	130.76	2	0x26	DETECTED	0x26
4	130.17	2	0x26	DETECTED	0x26
5	196.55	3	0x26	DETECTED	0x26

Во всех циклах первый запрос после initial settle ещё возвращал NOT_DETECTED. Поэтому одиночная мгновенная проверка была реальной гонкой, а не доказательством отсутствия общей опоры. Common-clock gate: STABLE. RF TX count 0; после серии оба CLKOUT выключены, процессов HackRF не осталось.

Артефакты: C:\Users\user\Documents\SDR_Rover_Lab043_raw\20260831_112534_common_clock_settle_test\settle_report.json и settle_report.txt. Mock tests покрывают первый DETECTED, delayed DETECTED, TIMEOUT, UNKNOWN, subprocess exception, PASS на границе timeout, конечность polling и cleanup. После изменения: quick_gate PASS, pytest 350 passed, git diff --check PASS. BPSK gain ladder на этом этапе не запускалась.

26. Первая рабочая BPSK-точка 31 августа 2026 года

После закрытия common-clock timing issue репозиторный runner выполнил первую разрешённую точку LNA 24 / VGA 24 и немедленно остановил ladder по BPSK PASS. Точки 32/24, 32/32 и 40/32 не запускались. Выполнен ровно один RF TX; waveform SHA-256 совпал с эталоном fed634fb2a4fbf41ea5a1fce547447b8e3e6dbe8110b8429c507637c6d2d1baa.

Common-clock preflight перед TX: MASTER reg29=0x26; SLAVE DETECTED через 132.74 мс и два запроса; SLAVE reg29=0x26. Официальная синхронизация найдена глобально только по преамбуле: peak/median 38.02 dB, peak/second independent candidate 10.98 dB, detected start 6231460, refined start 6231458, timing +1 sample. Payload не использовался для start/timing/carrier phase/polarity.

Результат LNA 24 / VGA 24: preamble YES, errors 9/1280; CFO +0.00475 Hz; carrier phase -132.45°; |h|=4.5363e-2; symbol SNR 7.94 dB; centers примерно (-0.9936-0.0056j) и (+0.9912+0.0089j); within-cluster RMS 0.3980; separation 4.9867; официальный BER=SER=0.4586% (81 ошибок из 17664 бит). Все рабочие критерии выполнены: BER≤1%, SNR≥6 dB, separation≥2, independent preamble, clipping 0 и отсутствие ADC overload.

Raw: mean I/Q 0.948/1.837 кода; RMS после DC removal 0.791; p95 3.162; p99 3.606; p99.9 3.606; peak component 5; ADC headroom 122 кода; clipping 0/32000000. Файл имеет 64000000 байт, 32000000 complex samples, длительность 4.0 с. Две проверки SHA-256 совпали: a8d857a7fdd895475d8c58b56d8f1778ffce96966709ce98d691e078b4a832c8. RX overruns 0, TX underruns 0.

Относительно старой точки 24/16 runner получил Δ|h|=+26.34 dB. Это намного больше номинального изменения VGA +8 dB; после замены кабеля и физических переподключений дельту нельзя интерпретировать как чистую калибровку RX gain. Она не отменяет достоверность текущего внутрикадрового результата и отсутствие перегруза, но для калибровки тракта требует отдельного опыта.

Классификация A. RECOMMENDED RX GAIN: LNA 24 / VGA 24. Практически BER 0.4586% означает около 4.6 ошибочных битов на 1000 до коррекции ошибок. Артефакты: C:\Users\user\Documents\SDR_Rover_Lab043_raw\20260831_114210_common_clock_bpsk_gain_ladder_2\. После опыта MASTER и SLAVE CLKOUT явно выключены с exit code 0, процессов HackRF нет. Послеруновые проверки: quick_gate PASS, pytest 351 passed, git diff --check PASS. QPSK/JPEG/video не запускались. Следующий этап — переход к полезным данным, но только отдельной согласованной задачей.