Le Feld-Hell

Traduction française par Pascal BIMAS F1ULT de la page "Feld-Hell" du site web de ZL1BPU.

ORIGINE

Le Hellschreiber a été breveté en 1929 et il est toujours en usage aujourd'hui avec l'utilisation du format original. Le Hellschreiber a été le premier système de transmission de texte à impression directe et il était très en vogue à l'époque où les téléimprimeurs étaient complexes et chers (le mécanisme de réception n';avait que deux parties mobiles). Le Hellschreiber fut d';abord employé la plupart du temps pour les services de presse sur le terrain, ce qui continua jusque dans les années 1980. Une version militaire fut utilisée par la Légion Condor allemande pendant la Guerre Civile d'Espagne (1933). Durant la seconde guerre mondiale, le Hellschreiber fut beaucoup utilisé pour les communications militaires portables de campagne pour lesquelles il s'avéra être très fiable parce que l'équipement était simple et robuste. De nos jours, nous utilisons le terme "Feld-Hell" ou "Field Hell" pour ce système afin d'aider à le différencier du système de presse sur le terrain légèrement différent.

PRINCIPE

Chaque caractère d'une transmission Feld-Hell est décrit comme une série de points dans une matrice tout comme l'impression d'une imprimante à aiguilles. Les points sont envoyés les uns après les autres plutôt comme du code Morse. Le Feld-Hell transmet dans l'ordre suivant : de bas en haut de chaque colonne, puis chaque colonne successive de gauche à droite. L'image suivante montre un fragment de texte "BCDE", décrivant l'ordre dans lequel les éléments point sont imprimés. Chacun des rectangles en pointillés représente l'emplacement d'un point potentiel et il est identifié par les coordonnées lettre/chiffre. L'ordre de transmission est donc par conséquent, A1, A2, A3... A7, B1, B2... etc.

Dans cette image, les rectangles en pointillés représentent les emplacements de chaque point dans la matrice. Il y a les vides, les éléments de l'image (pixels) non transmis en haut et en bas de chaque caractère, ainsi qu'entre les caractères. Ils sont représentés par des rectangles blancs. Les pixels transmis (commutation on) sont indiqués en noir. En regardant sur le diagramme ci-dessus, il est facile de voir que le cycle de fonctionnement de l'émetteur est plutôt bas (environ 22%). Une autre manière de formuler cela est de dire que le rapport de la puissance crête à la puissance moyenne du signal est très élevé ce qui est important pour une bonne lisibilité dans le bruit.

150 caractères sont transmis chaque minute. Chaque caractère prend 400 ms. Puisqu'il y a 49 pixels par caractère, chaque pixel dure 8,163 ms. La rapidité de modulation effective est ¹/_8.163 ms = 122,5 baud et le débit est de 2,5 caractères/sec ou environ 25 MPM.

L'équipement original Feld-Hell et les meilleures implémentations logiciel (algorithmes), transmettent deux demi-pixels (chacun d'une hauteur et donc d'une durée divisée par deux par rapport à un élément normal) pour chaque pixel représenté dans le diagramme, augmentant ainsi la résolution verticale. Si vous regardez avec attention le diagramme ci-dessus, vous pouvez observer comment cela se produit sans augmenter la bande passante du signal. Rudolf Hell a conçu la police de sorte qu'un  pixel demi-hauteur ne soit jamais transmis seul. Par exemple, le bord droit du "B" (F5 et F3) a augmenté de résolution en ajoutant un demi-pixel à la durée des pixels d'une hauteur complète. Trois pixels demi-hauteur sont transmis sans interruption ainsi la bande passante n'est pas augmentée.

Tout en fournissant des caractères bien définis, une autre raison importante de la conception de la bande passante restreinte était que cette technique garantissait que les impulsions envoyées sur le transceiver radio n'étaient jamais inférieures à 8 ms. Des impulsions plus courtes (demi-pixel) auraient pu provoquer des distorsions graves à cause de la lenteur du délai de commutation du transceiver et elles auraient pu causer comme résultat une bande passante excessive ou une panne d'alimentation du mécanisme du marteau imprimeur dans le récepteur.

Une autre technique importante qui limite la bande passante des transmissions Feld-Hell est l'usage de points dont la forme est soigneusement mise en forme en utilisant un filtre de type raised cosine (puissance cosinus). Si le signal est manipulé en tout ou rien carré, les flancs provoqués par la manipulation 122,5 Hz s'étendront sur environ 500 Hz de chaque côté de la porteuse. L'image ci-dessous montre un signal raised cosine d'une transmission réelle, deux pixels suivi d'un groupe de pixels. Notez que la forme des points est identique et que chaque point est semblable. Sans cette mise en forme qui limite la bande passante à environ 245 Hz, le signal aurait été beaucoup plus large.

Le profile raised cosine module efficacement la porteuse avec une sinusoïde 122,5 Hz durant les points et le résultat est une porteuse modulée à 100%, c'est-à-dire avec une bande latérale espacée de 122,5 Hz d'un côté et de l'autre de la porteuse, plutôt qu'un signal modulé en pulsation plus large.

Spectre de Feld-Hell Raised Cosine

Le spectre d'un signal réel de Feld-Hell ci-dessous paraît plutôt large mais rappelez-vous que l'échelle verticale est logarithmique. Remarquez que les flancs de la manipulation chutent rapidement. Comparez-le avec l'image suivante qui montre du Feld-Hell manipulé en tout ou rien carré. La différence est manifeste ! La forte composante aux environs de 600 Hz est typique des systèmes plus larges - le logiciel de LA0BX peut être distingué par cette "caractéristique" de transmission".

Spectre de Feld-Hell manipulé en tout ou rien carré

La plupart des logiciels de Feld-Hell peuvent aussi transmettre chaque colonne deux fois, pour des caractères deux fois plus larges, ce qui donne une meilleure lisibilité dans des conditions médiocres.

Caractères Double Largeur

Le système de réception est compatible avec les variantes demi-pixel et double colonne sans aucun changement. Beaucoup d'autres adaptations sont possibles tant que la compatibilité de réception est maintenue, par exemple transmission de petites images ou des polices de langues étrangères. Le nombre de pixels par colonne et le nombre de colonnes par caractère peuvent aussi être modifiés : tant qu'il y a exactement 17,5 colonnes par seconde et que la bande passante est contrôlée, cela ne fera aucune différence pour le récepteur.

Dans la machine Feld-Hell original, les caractères étaient générés d'une manière intéressante. Un tambour contenait un anneau de contacts en cuivre pour chaque caractère prévus sur le clavier. Quand une touche était pressée, le tambour tournait une fois et transmettait via un contact les points nécessaires pour ce caractère. Un mécanisme d'entrecroisement évitait que des touches soient pressées simultanément, et assurait en même temps que chaque nouveau caractère démarre au bon moment pour conserver la phase de la transmission. L'utilisation du clavier était un challenge car chaque nouvelle touche avait besoin d'être pressée légèrement pendant la transmission du caractère précédent, pour "prendre en compte" le caractère au bon moment. Autrement, un espace aurait été transmis entre les caractères.

Puisque seulement un rang de points était utilisé par caractère et que le tambour tournait une fois par caractère, plutôt qu'une fois par colonne, la matrice du caractère était réarrangée dans une ligne autour de la circonférence du tambour. Comparez le dessin ci-dessous avec celui au-dessus :

Dans ce dessin, les pixels sont désignés par le même caractère que le dessin prévu mais remarquez que chaque caractère commence à gauche et chaque colonne de pixels suit la colonne désignant les caractères les précédant B, C, D, etc... jusqu'au bout du dessin à droite. Maintenant imaginez l'assemblage du caractère plein au-dessus et les quatre caractères montrés dessus, les pixels noirs représentant les contacts en cuivre et enroulez le dessin autour d'un cylindre vertical.

La sortie audio de la machine Feld-Hell du temps de la guerre était une tonalité 900 Hz qui était manipulée et envoyée sur une ligne téléphonique ou à un au modulateur d'un émetteur, par exemple un transmetteur MCW. Il était possible sur certains modèles de séparer les contacts de manipulation pour la manipulation directe d'un transceiver CW. Le Feld-Hell est donc manipulé en amplitude, juste comme du Morse, comme la CW ou MCW. Chaque pixel de la matrice de points d'un caractère est envoyé comme un modèle fixe pareil à des points CW. Où il n'y a pas de point noir, rien n'est envoyé. Le Feld-Hell est en réalité un simple mode fac-similé. L'un des tout premier système de presse, le F-Hell était identique excepté qu'il allait à 245 baud (5 caractères/sec). Une variante asynchrone, le GL-Hell, (utilisé par les machines transportables) employait une barre fixe de démarrage de pixels à la gauche de chaque caractère, ce qui fournissait une synchronisation basée sur le caractère, mais cette méthode n'était pas un avantage pour les Radio Amateurs. Un excellent article décrivant la méthode mécanique traditionnelle de transmission et de réception du Feld-Hell parut dans Ham Radio Magazine en décembre 1979. Un article qui décrivait la police Hell et incluait d'autres informations utiles fut publié dans Radcomm en avril 1981. La machine réelle décrite dans le passé par G5XB dans cet article est maintenant en possession de Ian G4AKD. La machine Siemens A2 du temps de la guerre est aussi décrit en détail sur la page Histoire du Feld-Hell de ZL1BPU.

Pour un résumé des différents formats de Hell, consultez la page des Formats de Hell sur le site de ZL1BPU.

Les caractères Feld-Hell sont envoyés comme une série de points à 122,5 pixels/sec, en utilisant un transceicer CW ou de nos jours, en envoyant des tonalités à un transceiver SSB. Les points noirs sont représentés par un point CW (commutation ON), et les espaces blancs par un espace aussi long qu'un point (commutation OFF). Le cadencement doit être très précis, comme pour le FAX, mais Rudolf Hell a développé une technique simple mais ingénieuse qui entraîne l'affichage du texte deux fois et qui peut annuler les effets des erreurs de phase et des légers retards, évitant ainsi le besoin d'une synchronisation véritable. En haut de cette page, il y a un exemple montrant deux lignes imprimées l'une au-dessus de l'autre. L'exemple suivant montre des erreurs de temps extrêmes mais le texte est toujours lisible. Cette erreur est en réalité causée par un problème de carte son.

Le Feld-Hell est donc "quasi-synchrone". Il est important de réaliser que le texte est imprimé deux fois mais qu'il n'est pas transmis deux fois. La police a été conçue de façon à ce que le haut et le bas de la police puissent se compléter pour créer du texte lisible, quelle que soit la phase existant entre l'équipement de transmission et de réception. Dans l'exemple suivant, le déphasage est tel que les deux lignes affichées apparaissent comme une bonne ligne et deux lignes partielles :

Les techniques modernes de DSP peuvent améliorer considérablement les performances de la réception et la transmission du Feld-Hell en réduisant la bande passante transmise et en fournissant une sensibilité de réception impressionnante. Plusieurs types très différents de logiciel pour le Feld-Hell sont fournis sur le site FUZZY MODES de ZL1BPU, et dans la plupart des cas le matériel requis est très simple - soit une interface type "Hamcomm" ou soit une carte son. Bien qu'il ne fut pas conçu à l'origine dans cette optique, le Feld-Hell peut bénéficier substantiellement de l'usage du DSP, spécifiquement les techniques de filtrage digital, détection, lissage et de conversion analogique en digital.

Pour illustrer ces avantages, l'image ci-dessous fut reçue par ZL2AKM de OH/DK4ZC (environ 20 000 km), enregistrée sur une cassette audio et relue sur le logiciel de LA0BX qui a un filtrage digital, mais pas de DSP ou de démodulation analogique, et, comme le Feld-Hell original, il lui manque une méthode d'affichage analogique (échelle de gris) :

Avec de meilleures méthodes de détection analogique, de conversion A-D et l'utilisation d'un affichage à échelle de gris, le MEME échantillon audio - merci à l'expérience de ZL2AKM dans le traitement de ce type de signaux - :

L'amélioration du décodage est évidente : c'est parce que l'affichage est exactement ce qui est reçu, sans aucune prise de décision, permet à l'oeil et au cerveau, et non à l'ordinateur, de décider quels points sont affichés et quand ces derniers sont affichés. L'oeil et le cerveau ont une capacité à reconnaître les formes et à interpréter selon le contexte qu'aucun ordinateur ne peut égaler. La plupart des logiciels sur ce site font appel à cette capacité.

PERFORMANCES

Le Feld Hell est très performant où la trajectoire a une stabilité raisonnable (peu de fading) et où le niveau du signal est égal ou supérieur au bruit moyen. Si la réception avec échelle de gris est utilisée (voir au-dessus), les performances sur un signal inférieur au bruit sont bien meilleures. Le Feld-Hell est immunisé raisonnablement contre les interférences mais il peut être gravement affecté par des porteuses sur la fréquence de réception ou du Morse.

Remarquez aussi le fading dans ce dernier exemple - le "H" et le "M" sont faibles alors que le "B" est fort et que le bruit à l'arrière plan demeure constant et modéré. Cela implique que le signal était proche du planché de bruit ou que l'action de l'AGC aurait réduit le bruit. Dans tous ces exemples, la réception du logiciel utilise bien sûr un affichage à échelle de gris.

LOGICIELS

Sur le site de ZL1BPU, vous trouverez beaucoup d'applications différentes pour le Feld-Hell, allant du simple au plus complexe et ayant été ou étant développés. Les exemples cités ci-dessous sont les meilleurs de leur catégorie et ont été sélectionnés pour illustrer que différentes "plates-formes" d'ordinateurs sont adaptables. Des versions électroniques de Feld-Hell existent depuis l'époque de l'Apple II. ZL1BPU connaît des applications pour des interfaces hardware, différentes unités DSP, cartes son, PIC, 8052 et même le Mac. Les applications ici sont toutes pour le PC. Consultez respectivement la page des Logiciels et la page des Interfaces pour trouver plus de renseignements sur les logiciels et les interfaces matérielles.

·         LA0BX Hs-v9709 pour Dos et interface Hamcomm. Ce logiciel de LA0BX nécessite un poste SSB ou CW et une interface Hamcomm ou similaire. C'est un bon programme pour les débutants pour débuter avec les modes de transmission en texte lisible, il est facile à régler et à utiliser, et il est largement employé. L'interface Hamcomm est simple à construire et peut aussi être utilisée pour le RTTY, la SSTV, le FAX, etc. Ce programme fonctionnera même sur un PC 286 ou un PC XT 10 MHz.

·         G3PPT FELDHELL pour DOS et carte son SB. Pour les utilisateurs de Pentium, ce programme peut générer et recevoir du Feld-Hell en utilisant une carte son (qui doit être une SB 8 ou 16 bits authentique). Le logiciel G3PPT fournit une réception à échelle de gris véritable.

·         IZ8BLY pour PC sous Win95/Win98/NT. Ce logiciel de bonne finition utilise une carte son 16 bits et un logiciel DSP très sophistiqué avec des filtres spéciaux, il fournit également des modes FSK, PSK-Hell, des modes MT-Hell, un affichage à échelle de gris, une zone tampon pour la frappe et des polices sélectionnables. Les polices sont converties en sons dès que le programme démarre et une mise en forme des pixels en raised cosine est employée. Ce programme nécessite au moins un Pentium 60 et Win 95.

·         IG3PLX pour Motorola 56002EVM. Pour les aventureux, ce programme simple à haute performance de G3PLX utilise un module DSP à hautes performances pour générer et recevoir le signal analogique. L'application inclue une interface d'affichage Windows, qui peut automatiquement charger le logiciel dans l'unité DSP. Le logiciel de G3PLX fournit une réception à échelle de gris véritable et a une mise en forme raised cosine à l'émission produisant un signal très pur. A condition que vous possédiez un EVM, ce logiciel ne requière rien d'autre en plus qu'un PC 386 et Windows 3.1.

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L'image tout en haut de cette page a été envoyée et reçue par le programme de LA0BX en utilisant une interface Hamcomm sur 3,58 MHz par une propagation nocturne de 100 km, avec du fading résultat de l'interaction entre l'onde de sol et l'onde réfléchie. Sous des conditions similaires, le RTTY et l'AMTOR sont très peu fiables. Comme toutes les images sur cette page, l'image n'est retouchée d'aucune façon et la clarté du texte est typique de ce type de transmission.

Copyright © M. Greenman 1997-2012. Copyright ©Pascal BIMAS 1997-2012 pour la traduction/adaptation. Tous droits réservés. Contactez l'auteur original ou le traducteur avant tout usage du contenu de cette page.