Lab064: измерение уровня и линейности RF-тракта

Lab064 проверяет, следует ли мощность согласованной принятой составляющей заранее заданной цифровой лестнице TX. Это измерительный опыт с известным PRBS7/BPSK-сигналом, а не пакетный тест. FEC, CRC, T2, JPEG и packet output в нём не используются.

На текущем этапе сформирован сигнал, подготовлены RX-first runner, офлайн- анализатор и полный учёт сообщений overruns/underruns. Перед аппаратным preflight и будущим RF-сеансом исходные параметры не меняются.

Физические условия

Условие	Значение
Центральная частота	1400000000 Гц
Расстояние TX–RX	примерно 1,2 м
Геометрия	прямая видимость, помещение
TX	плата и антенна возле окна
RX	плата и антенна на столе пользователя
Антенны	имеющиеся антенны на 1400 МГц
Поляризация	одинаковая
Тактирование	10 МГц TCXO → MASTER → MASTER CLKOUT → SLAVE CLKIN

Антенны, платы, длинный кабель общей опоры, USB-подключение и остальные кабели не перемещаются. Во время опыта не меняются частота, усиления, ориентация и форма сигнала.

Подготовленный измерительный сигнал

Параметры сигнала: BPSK/PRBS7, 20000 символов/с, Fs 8000000 комплексных отсчётов/с, 400 отсчётов/символ, цифровая несущая +50000 Гц и существующий RRC с roll-off 0,35 и span 10 символов. TX VGA равен 10 дБ. RX LNA/VGA равны 24/24 дБ. RF amplifier и Bias-Tee выключены.

Один файл содержит 100 мс нулей, четыре одинаковых по содержанию участка по 100 мс, три нулевых промежутка по 50 мс и 100 мс нулей в конце. Общая длина: 6000000 комплексных отсчётов, 12000000 байт, 0,75 с. Нулевые участки являются цифровыми нулями IQ; они не означают аппаратного выключения TX посреди файла.

SHA-256 подготовленного CS8: fa260719659b2984fe29588238415622cd75c6daefec6cc9130ba1bf851bd3f9.

Уровень	Задано, дБ	Фактически, дБ	TX RMS, код	max \|I\| / \|Q\|, код	Шаг мощности, дБ	Clipping
L0	−18	−17,973685	5,556137	9 / 9	—	нет
L1	−12	−11,996415	11,056978	17 / 17	+5,977270	нет
L2	−6	−5,998257	22,056892	34 / 35	+5,998157	нет
L3	0	0	44,000457	69 / 69	+5,998257	нет

Небольшое отклонение L0 от −18 дБ вызвано квантованием CS8. Каждый шаг укладывается в заранее установленный допуск ±0,1 дБ.

Анализ будущей записи

Для каждого L0…L3 анализатор отдельно выдаёт полный и AC RMS, средние I/Q, max |I|, max |Q| и максимальную комплексную амплитуду. По соседнему нулевому окну оценивается фон. По известному TX оцениваются комплексный коэффициент передачи h, |h|², мощность согласованной составляющей, мощность остатка и их отношение.

Для каждой соседней пары вычисляются:

TX INPUT DIFFERENCE
RX MATCHED POWER DIFFERENCE
LINEARITY ERROR = RX difference − TX difference

Критерии зафиксированы до RF:

линейный участок: максимальная абсолютная ошибка шага не более 1,0 дБ;
признак компрессии: ошибка верхнего шага не более −1,5 дБ;
LINEAR_BUT_WEAK: шаги линейны, фон стабилен, а L3 ниже 3 дБ над остатком;
HEALTHY_LINEAR_RANGE: шаги линейны, фон стабилен, а L3 не менее 6 дБ над остатком;
неоднозначный результат получает статус NOT_LOCALIZED.

Эти границы являются правилами данного опыта, а не абсолютной калибровкой RF-мощности. Абсолютную выходную и принятую мощность без измерительного прибора установить нельзя.

Синтетическая проверка известного линейного комплексного канала с DC и шумом восстановила три цифровых шага с максимальной ошибкой меньше 0,0001 дБ. Это проверяет вычисления анализатора, но не подтверждает аппаратные свойства HackRF или эфирного канала.

Управление аппаратным сеансом

Preflight допускает только RX-команды. Он проверяет MASTER/SLAVE reg29=0x26, SLAVE CLKIN=DETECTED, процессы, инвентаризацию, 0,1 с фона, rail-коды, overruns, AC RMS и максимумы |I|/|Q|. Усиления автоматически не меняются.

Будущий runner запускает RX раньше TX. Передача требует отдельного явного флага, создаёт одноразовый маркер до обращения к SDR и допускает ровно один TX-вызов. Полные stdout и stderr сохраняются раздельно. В итог попадают все промежуточные и финальные счётчики потерь, их максимум и последнее значение. Любой underrun, overrun, clipping или аппаратная ошибка завершает опыт без повтора. Анализатор при этом может сохранить диагностические метрики, но выдаёт только INVALID_CAPTURE: варианты A/B/C запрещены. Проверка использует все строки счётчиков и их максимум, поэтому последний ноль не может скрыть предыдущее ненулевое значение.

После исправления строгой проверки счётчиков quick gate прошёл: 984 теста ядра, 37 функциональных проверок выполнены, 13 пропущены. Полный pytest: 984 passed, 0 failed. Независимая read-only проверка подтвердила подготовленный CS8, программные метрики и запрет классификации невалидной записи.

Аппаратный preflight

14 сентября 2026 года выполнена одна разрешённая аппаратная проверка при выключенном передатчике. MASTER/SLAVE reg29 равны 0x26, SLAVE CLKIN имеет состояние DETECTED при первом опросе через 66,793 мс. RX-only запись длиной 800000 отсчётов дала AC RMS 0,832038 кода, max |I|/|Q| 4/5 кодов, clipping 0 и overruns 0. Неожиданно сильного сигнала нет. После отключения CLKOUT процессы имеют состояние CLEAR, ошибок очистки нет. Подробности приведены в отчёте preflight.

RF TX = 0. На этом этапе Lab064 не коммитируется. Push не выполняется. Lab065 автоматически не начинается.

Фактический RF-результат

14 сентября 2026 года выполнен один разрешённый RF-сеанс без повторов. TX underruns 0, RX overruns 0, clipping 0; RX содержит 16000000 комплексных отсчётов за 2,0 с. Согласованная мощность выросла на 17,809077 дБ при цифровом росте 17,973685 дБ. Общая ошибка линейности равна −0,164609 дБ. Верхняя ступень дала +6,020420 дБ при ожидаемых +5,998257 дБ, признака компрессии нет.

Фон стабилен: AC RMS 0,718264…0,728217 кода, разброс мощности 0,119530 дБ. Даже L3 остаётся на −12,133336 дБ относительно остатка. Итог по заранее заданным критериям: LINEAR_BUT_WEAK. Подробные значения приведены в RF-отчёте.

После сеанса RF TX = 0, процессы CLEAR. Усиления не менялись, второй TX не выполнялся. Lab064 не коммитировалась, push не выполнялся, Lab065 не создана.

Независимый пересчёт непосредственно по TX/RX CS8 подтвердил SHA, аппаратные счётчики, все четыре matched/residual/h, пять окон фона, три ступени и общий результат L3/L0. Расхождений нет, вердикт проверки: чисто. После сеанса quick gate и полный pytest дали 986 passed, 0 failed; git diff --check прошёл.

10 KiB Raw Blame History Unescape Escape