SDR-Rover/docs/rf/CLOCK_001.md

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.