DCF77 解码器与噪声信号

我几乎完成了我的开源 DCF77 解码器项目。当我注意到标准 (Arduino) DCF77 库在噪声信号上表现非常差时，这一切就开始了。特别是当天线靠近计算机或洗衣机正在运行时，我永远无法从解码器中获取时间。

我的第一个方法是向输入信号添加（数字）指数滤波器+触发器。

虽然这大大改善了情况，但仍然不是很好。然后我开始阅读一些关于数字信号处理的标准书籍，尤其是Claude Elwood Shannon的原著。我的结论是，正确的方法是根本不“解码”信号，因为它（除了闰秒）是完全先验已知的。相反，将接收到的数据与本地合成信号相匹配并确定正确的相位会更合适。这反过来又会将有效带宽降低几个数量级，从而显着降低噪声。

相位检测意味着需要快速卷积。高效卷积的标准方法当然是快速傅里叶变换。不过我正在为 Arduino / Atmega 328 实现。因此我只有 2k RAM。因此，我没有采用直接的 FFT 方法，而是开始堆叠匹配的锁相环滤波器。我在这里记录了不同的项目阶段：

• 第一次尝试：指数过滤器 http://blog.blinkenlight.net/experiments/dcf77/binary-clock/
• 更好方法的开始：信号锁相/秒滴答 http://blog.blinkenlight.net/experiments/dcf77/phase-detection/
• 锁相至分钟 http://blog.blinkenlight.net/experiments/dcf77/second-decoder/
• 解码分钟和小时数据 http://blog.blinkenlight.net/experiments/dcf77/decoding-time-data//
• 解码整个信号 http://blog.blinkenlight.net/experiments/dcf77/decoding-everything/
• 添加本地时钟来处理信号丢失 http://blog.blinkenlight.net/experiments/dcf77/local-clock/
• 使用本地合成信号在信号丢失后更快地重新获取锁定 http://blog.blinkenlight.net/experiments/dcf77/the-clock/

我在互联网上进行了广泛的搜索，没有发现类似的方法。我仍然想知道是否有类似（也许更好）的实现。或者是否存在这种信号重建的研究。

我不是在寻找：设计优化代码以接近香农极限。我也不是在寻找有关 DCF77 上叠加的 PRNG 代码的信息。我也不需要有关“匹配过滤器”的提示，因为我当前的实现是匹配过滤器的近似值。关于维特比解码器或网格方法的具体提示不是我要寻找的 - 除非它们解决了严格的 CPU 和 RAM 限制的问题。

我正在寻找什么：是否有其他非平凡算法的描述/实现，用于解码信号，如 DCF77，CPU 和 RAM 有限在有明显噪音的情况下？也许在前互联网时代的一些书籍或论文中？

您是否考虑过使用芯片匹配滤波器来执行卷积？

http://en.wikipedia.org/wiki/Matched_filter http://en.wikipedia.org/wiki/Matched_filter

它们几乎很容易实现，因为每个码片/位周期都可以实现为 n 加减延迟线（使用循环缓冲器）

对于未知序列（但频率已知）的方波（也可以工作，但对于其他波形不太理想），可以实现如下简单的方法：

// Filter class
template <int samples_per_bit>
class matchedFilter(
   public:
      // constructor
      matchedFilter() : acc(0) {};

      // destructor
      ~matchedFilter() {};

      int filterInput(int next_sample){
        int temp;
        temp = sample_buffer.insert(nextSample);
        temp -= next_sample;
        temp -= result_buffer.insert(temp);
        return temp;
      };

   private:
     int acc;
     CircularBuffer<samples_per_bit> sample_buffer;
     CircularBuffer<samples_per_bit> result_buffer;
);

// Circular buffer
template <int length>
class CircularBuffer(
   public:
      // constructor
      CircularBuffer() : element(0) {
         buffer.fill(0);
      };
      // destructor
      ~CircularBuffer(){};

      int insert(int new_element){
        int temp;
        temp = array[element_pos];
        array[element_pos] = new_element;
        element_pos += 1;
        if (element_pos == length){
           element_pos = 0;
        };
        return temp;
      }

   private:
      std::array<int, length> buffer;
      int element_pos;
);

正如您所看到的，从资源角度来看，这是相对微不足道的。如果您需要特定的波形，您可以将它们级联在一起以提供更长的相关性。