Files

LittleSam129 923e6bec78 Lab042: adapt spec to the actual hardware and environment

Hardware confirmed from a photo of the bench: the device is a Pluto+
(2RX/2TX, Gigabit Ethernet), not the stock ADALM-PLUTO, plus an RTL-SDR
dongle and several antennas. No attenuator on hand.

- record the actual inventory and the Pluto+ differences that matter:
  Ethernet transport, two channels, adi.Pluto first with adi.ad9361 as
  the only permitted fallback
- replace "use an attenuator" with numbers: TX puts out about +7 dBm at
  0 dB, the RX damage threshold is about +2.5 dBm, so give a staged gain
  procedure starting at -60 dB and capped at -30 dB until an attenuator
  arrives
- require the antennas to be physically removed from the bench rather
  than merely left unplugged
- add the environment blocker found on inspection: the interpreter on
  PATH is a standalone Python 3.13.1 without pyadi-iio, libiio or scipy,
  while Lab024a clearly ran somewhere else; identifying and recording
  that environment is now the first task
- renumber sections and align the TX gain figure with the safety section

Co-Authored-By: Claude Opus 5 <noreply@anthropic.com>

2026-08-10 13:03:17 +03:00

23 KiB

Raw Blame History

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. Наличное оборудование

Подтверждено по состоянию на 10 августа 2026 года.

Позиция	Состояние
Pluto+ — SDR, 2 приёмника и 2 передатчика, гигабитный Ethernet	есть
RTL-SDR — приёмный донгл	есть, понадобится в Lab043
Кабели SMA	будут найдены
Антенны: штыревые на магнитном основании, короткая штыревая	есть, в Lab042 не используются
Рамочная антенна Donut AM (0,5–2 МГц)	к проекту отношения не имеет
Аттенюатор SMA 30 дБ	отсутствует

Важно: устройство — Pluto+, а не оригинальный ADALM-PLUTO. Отличия, которые имеют значение:

связь по Ethernet, а не по USB; адрес ip:192.168.2.1 уже подтверждён работой Lab024a;
два приёмных и два передающих канала; в Lab042 используется только первый канал каждого;
класс adi.Pluto в Lab024a отработал на приёме. Начинать с него. Если передача на этом классе не пойдёт из-за двухканальности, перейти на adi.ad9361 с тем же адресом. Это единственное разрешённое отступление от задания, и о нём нужно сообщить.

5. Требования безопасности

Обязательны к исполнению. Это правило 8 проекта, оно не формальное.

Антенны убрать со стола до начала работы. Не «не подключать», а физически убрать. Случайно вкрученная в передатчик антенна превращает лабораторную в незаконный выход в эфир.
Передатчик не включать при отключённом кабеле: выход без нагрузки вреден для оконечного каскада.
Соединять выход передатчика со входом приёмника только через аттенюатор. Аттенюатора сейчас нет, поэтому действует временный порядок ниже.

Про аттенюатор: почему он нужен и как начать без него

Выход передатчика Pluto+ при нулевом ослаблении даёт примерно +7 дБм. Предельно допустимый уровень на входе приёмника — около +2,5 дБм. То есть прямой кабель при максимальном усилении передатчика выводит приёмник за предел и может его повредить.

Регулировка tx_hardwaregain_chan0 работает в диапазоне от −89 до 0 дБ. При установке −30 дБ выход составит около −23 дБм — это в тридцать раз ниже опасного порога и одновременно отличный рабочий уровень для кабеля.

Временный порядок до появления аттенюатора:

Перед первым включением выставить tx_hardwaregain_chan0 = -60.
Убедиться, что приёмник видит сигнал. При −60 дБ он будет слабым, но различимым.
Поднимать усиление шагами по 10 дБ, не превышая −30 дБ, пока созвездие не станет чистым.
Значение выше −20 дБ без аттенюатора не выставлять ни при каких обстоятельствах.

Аттенюатор на 30 дБ стоит недорого и защищает не от расчётного уровня, а от ошибки оператора: одна опечатка в настройке усиления — и приёмник выходит из строя. Заказать стоит, начинать работу можно не дожидаясь.

6. Программное окружение: препятствие, которое надо снять первым

Проверка окружения 10 августа 2026 года показала следующее.

Интерпретатор, доступный в командной строке — C:\Users\user\AppData\Local\Programs\Python\Python313\python.exe, версия 3.13.1. В нём отсутствуют pyadi-iio и libiio, то есть работать с Pluto+ из него невозможно. Также отсутствует scipy, который нужен лабораторным Lab020–Lab022, Lab024b и Lab025.

При этом Lab024a когда-то отработала с настоящим устройством. Значит, существует второе окружение — по всей видимости, среда Anaconda, — где всё установлено, и запуск шёл оттуда.

Первое действие исполнителя: определить, в каком окружении запускаются лабораторные, и зафиксировать это. Пока это не сделано, невозможно ни повторить Lab024a, ни начать Lab042.

Требуется:

Найти окружение, где установлены pyadi-iio и libiio, и проверить связь с устройством.
Записать в отчёт: путь к интерпретатору, версию Python, версии pyadi-iio и libiio.
Если такого окружения нет — установить pyadi-iio и libiio, зафиксировав версии.

Расчётные лабораторные, включая Lab041, в окружении без pyadi-iio запускаются нормально — им нужны только numpy, matplotlib и opencv. Разделение аппаратных и расчётных зависимостей относится к этапу стабилизации и в Lab042 не решается, но результат проверки надо записать: он понадобится при составлении описания окружения.

7. Параметры тракта

Значения тракта 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 −60 дБ, не выше −30 дБ без аттенюатора	см. раздел 5
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.

8. Порядок работы

Передающая сторона

Взять исходное изображение из data/raw, привести к профилю из Lab010 так, чтобы JPEG получился не крупнее 5 КБ.
Разбить на фрагменты через protocol/image_fragments.py.
Каждый фрагмент упаковать в пакет с CRC32 через protocol/packet.py.
Каждый пакет обернуть в радиокадр через build_radio_frame.
Промодулировать BPSK и отфильтровать.
Привести к целым числам и передать.

Приёмная сторона

Запустить приём до начала передачи.
Найти кадры через find_radio_frame.
Скорректировать фазу и частоту.
Демодулировать, разобрать кадр, проверить CRC32.
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.

9. Ловушки, на которых спотыкаются в первый раз

Перечислено то, что почти наверняка будет сделано неправильно без предупреждения.

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.
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.
Приём запущен после передачи. Начало кадра теряется, преамбула не находится. Признак: find_radio_frame не срабатывает при заведомо исправном сигнале.
Размер приёмного буфера меньше кадра. Кадр не помещается целиком, поиск преамбулы срывается. Буфер должен вмещать кадр с запасом минимум вдвое.
Автоматическая регулировка усиления приёмника. Меняет амплитуду в процессе и портит оценку. Режим должен быть ручным.
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.
Переходный процесс в начале передачи. Первые несколько десятков отсчётов недостоверны. Поэтому в тракте есть защитный интервал в 16 символов — его нельзя убирать.

10. Что считается выполненной работой

Лабораторная принимается, если выполнено всё перечисленное.

Обязательный результат

Файл принятого изображения на диске, открывающийся просмотрщиком.
Принятое изображение совпадает с переданным при отсутствии потерь — сравнение по контрольной сумме всего файла.
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.

11. 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.

12. Порядок приёмки

Исполнитель выполняет работу и сообщает о готовности.
Проверяется python tools/quick_gate.py — должен проходить.
Проводится аудит: соответствие разделу 10, отсутствие вписанных результатов, происхождение каждого числа в отчёте.
При наличии замечаний они оформляются списком с указанием файла и строки.
После приёмки в PROJECT_LOG.md добавляется новая запись по принятому в проекте образцу.

13. 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.

23 KiB Raw Blame History Unescape Escape