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.