15 KiB
CLOCK-001: независимые такты перед RF-001
17 сентября 2026 года. Статус PARTIAL: программный приёмник прошёл основную
сетку до ±50 ppm, но потерял длинные пакеты при ±100 ppm. Последняя точка
служит только стресс-тестом. Частоты реальных генераторов Auron HackRF Plus
не измерялись. SDR не открывался, RF TX = 0. Данные каждого запуска
сохранены в data/processed/clock001/results.json.
Модель и вход приёмника
TX строит QPSK/FEC 2/3/RRC при номинальных 8 Мвыб/с и 500 ксимв/с. Для
приёмника с независимой частотой Fs_RX = Fs_TX · (1 + ε), где
ε = ppm · 10⁻⁶, программа берёт комплексную TX-волну в моменты
n / (1 + ε) по её исходной сетке. Дробные отсчёты получаются линейной
интерполяцией. Поэтому ошибка момента накапливается по времени, а не
подменяется одним постоянным сдвигом. Интерполяция не описывает аналоговый
тракт АЦП, шум генераторов или аппаратное квантование.
CFO добавляется отдельно как поворот с частотой в герцах физического времени
RX; начальная фаза и AWGN задаются отдельными параметрами. Даже при нулевом
внешнем CFO цифровая несущая 125 кГц из-за изменения частоты выборки даёт
остаток (125000 + CFO) / (1 + ε) − 125000 Гц относительно номинального
цифрового смесителя. Отчёт хранит и заданный CFO, и этот ожидаемый остаток;
один не выдаётся за другой. Частотный тест проверяет оба эффекта раздельно.
Программа tools/clock001.py строит по три пакета каждого размера с паузой
5 мс и seed 20260917. Нагрузка 256 байт совпадает с RF-001; для 512 и
1012 байт та же SHA-последовательность продлена. 1012 байт заполняют
допустимый PHY-пакет 1024 байта с 12 байтами заголовка и CRC. Во всех
39 точках ppm-сетки приёмник получает только полученный IQ и номинальный
радиорежим. TX-границы, исходные пакеты, заданный ppm/CFO и число пакетов
используются только после декодирования для оценки.
python -B -X utf8 tools/clock001.py `
--numba-packages C:\Users\user\Desktop\projects\SDR_Rover\.lab053_cpu_runtime\packages
Параметр с локальным путём к Numba нужен на этом ПК; в обычном окружении с зависимостями проекта он не требуется. Команда отказывается перезаписывать готовый отчёт.
Строгие результаты
В таблице каждая ячейка означает число точных пакетов из трёх после PHY/FEC/CRC. CFO, фаза и AWGN в этой сетке равны нулю/отсутствуют.
| Payload | 0 | ±1 ppm | ±5 ppm | ±10 ppm | ±20 ppm | ±50 ppm | ±100 ppm, стресс |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 256 байт | 3/3 | 3/3 в обе стороны | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 |
| 512 байт | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 |
| 1012 байт | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 3/3 | 0/3 |
Основная сетка 0, ±1, ±5, ±10, ±20 и ±50 ppm: 99/99. Наибольшая симметричная проверенная точка со 100% точных пакетов для всех размеров: ±50 ppm. Для 256 и 512 байт стресс ±100 ppm тоже дал 3/3 в обе стороны. Одиночный пакет 1012 байт при −100 и +100 ppm дал 0/1; в обоих случаях найден один корреляционный кандидат, но CRC-пакета нет. Значит, новый поиск преамбулы перед следующим пакетом не устраняет эту потерю внутри текущего длинного пакета. При ±100 ppm модель накапливает по нему ±0,7572 символа. Контроль с отдельной кубической интерполяцией повторил для одиночного 1012-байтного пакета 1/1 при ±50 и 0/1 при ±100 ppm. Вывод не зависит только от выбора линейного интерполятора в основном опыте.
Текущий приёмник оценивает начало каждого пакета заново, затем выбирает
его символы с постоянным шагом 16 отсчётов. Для 1012 байт при −50 ppm
медианная ошибка в начале/расчётная ошибка в конце составили
−0,0325 / +0,3461 символа; при +50 ppm +0,0322 / −0,3464. Разность по
модели равна ±0,3786 символа. Начальную ошибку считаем по началу принятого
CRC-пакета и известной после приёма TX-шкале. Конечная ошибка
экстраполирована из заданного ppm при фиксированном шаге приёмника; это не
независимое измерение последнего символа. Для потерянного пакета эти оценки
равны null, а введённый моделью дрейф указан отдельно.
В JSON correlation_candidates считает кандидатов поиска. Поле
detected_packets равно числу CRC-valid пакетов: нынешний API не выдаёт
отдельное число пакетов, распознанных до CRC. Поля точности и потерь
считаются отдельно по TX-ведомости после приёма.
Отдельно проверены шесть сочетаний для 256 байт, каждое с тремя пакетами:
| ppm | CFO | Фаза | Eb/N0 | Точные пакеты |
|---|---|---|---|---|
| +5 | +20 Гц | +15° | 9 и 12 дБ | 3/3 при каждом уровне |
| +10 | +100 Гц | +90° | 9 и 12 дБ | 3/3 при каждом уровне |
| +20 | +100 Гц | −45° | 9 и 12 дБ | 3/3 при каждом уровне |
Итого 18/18. Шум задан прежней программной AWGN-моделью VIDEO-005; это не оценка реального RF-канала.
Компенсация и скорость
Для основной сетки повторной оценки момента по преамбуле каждого пакета хватило. Непрерывное слежение в рабочий приёмник не добавлялось. Для расширения диапазона до ±100 ppm на пакете 1012 байт потребовалась бы коррекция внутри пакета, например отдельное исследование детектора ошибки момента Gardner для BPSK/QPSK с интерполяцией и петлёй. Документация GNU Radio показывает такой класс синхронизатора и его параметры. Перед включением понадобятся строгие CRC-тесты на всей сетке, проверка без истинного ppm и новый замер скорости. Старый BPSK-детектор сюда не переносился.
На каноническом потоке VIDEO-005 из 32 длинных пакетов с добавленными +20 ppm, +20 Гц CFO, фазой +15° и Eb/N0 9 дБ получено 32/32 при каждом из трёх прогретых запусков. Времена приёмника: 0,272 / 0,262 / 0,262 с; длительность IQ 0,485764 с; медианный RADIO RECEIVER REALTIME FACTOR = 0,540. Построение канала и ресемплирование в это время не входят. Для сравнения, сохранённый ориентир VIDEO-005 равен 0,578 на другом входе; разница не доказывает ускорения. Первый запуск ppm-сетки включал JIT и не использован для оценки скорости. Порог 0,67 на этом ПК выполнен.
Code quality audit
Рабочий receive_iq_stream() и его защитные проверки не менялись. Новый
пересчёт временной шкалы, сравнение с эталоном и запись JSON остаются вне
пути приёма. Отдельный cProfile того же 32-пакетного IQ занял 0,293 с;
его время включает накладные расходы профилировщика и не подставляется в
фактор 0,540. Основные этапы:
| Этап | Время, мс | Доля профиля | Вызовы | Основные массивы и копии |
|---|---|---|---|---|
| Цифровое смещение несущей | 16,4 | 5,6% | 1 | Осциллятор и baseband |
| Согласованный RRC | 62,1 | 21,2% | 1 | Выход и внутренние FFT-буферы |
| Поиск преамбул | 47,6 | 16,2% | 1 | Две корреляции и массивы энергии |
| Восстановление момента | 9,9 | 3,4% | 32 | Индексы и символы каждого кандидата |
| Оценка CFO и фазы | 12,2 | 4,2% | 32 | Исправленные символы |
| PHY-заголовок | 0,8 | 0,3% | 32 | Короткие массивы заголовка |
| Слежение за фазой тела | 78,4 | 26,8% | 32 | Копия символов пакета и блоки решений |
| Строгий PHY/FEC/CRC | 54,8 | 18,7% | 32 | Мягкие биты и рабочие массивы декодера |
Число аллокаций NumPy не измерялось; в таблице перечислены видимые по коду массивы. Resampling создаёт один выходной complex64 IQ и временные массивы до миллиона отсчётов за блок; в измеренное время приёмника он не входит. Проверки размеров и конечности IQ оставлены как защита входа; диапазон ppm и длина пакета проверяются при создании опыта. Проверка эталона находится после приёмника. Ruff не нашёл неиспользуемых импортов, временных compatibility wrappers и лабораторных ветвей в новом коде нет. Канонический генератор 32-пакетного VIDEO-005 входа также строит сигнал с нарушениями канала, который CLOCK-001 не использует; это один офлайн-вызов, не приёмный hot path. Удалять или переписывать его здесь нет оснований. Поведение VIDEO-005 проверено его неизменённым шлюзом: 178 тестов прошли.
| Предмет | Место | Почему проверен | Решение |
|---|---|---|---|
| Дополнительный IQ от канонического генератора | tools/clock001.py, run() |
Создаётся, но не участвует в CLOCK-входе | KEEP: однократная офлайн-цена за неизменный эталон VIDEO-005 |
| Длинная оркестрация опыта | tools/clock001.py, run() |
Собирает сетку, сочетания и замер | KEEP: не исполняется в рабочем приёмнике; шаги явно разделены |
| Проверка конечности всего TX IQ | tools/clock001.py, sample_independent_clock() |
Один проход по большому массиву | KEEP: защита от повреждённого входа до интерполяции |
В CLOCK-001 нет внешнего erasure FEC и видеотранспорта: это опыт с PHY-пакетами, поэтому их время нельзя включать в фактор радиоприёмника.
Следующий аппаратный план
План RF-001 разделён на RF-001A с проводной общей опорой 10 МГц как лабораторным baseline и RF-001B с независимыми тактами. В B провод CLKOUT → CLKIN отключён. Остальные параметры и TX-волна должны совпасть; оба режима сохраняют исходный RX IQ и полные наблюдения счётчиков. В B нужны последовательности оценок CFO и моментов пакетов, чтобы после приёма оценить их изменение во времени и фактическую разницу частот дискретизации. Моделируемые ppm не считаются характеристикой плат.
Готовность A и B: да, только к подготовке контролируемого опыта. Фактические частоты, соединения, gain и RF-условия ещё не проверены. Для каждого аппаратного сеанса потребуется отдельный preflight и прямое разрешение. CLOCK-001 не открывала SDR, не меняла аппаратную конфигурацию и не выполняла RF TX/RX. Коммита и push для этого этапа нет.