L’histoire du MFSK

Retour dans le passé

L’histoire du MFSK dans le domaine de la radio n’est pas très bien documentée. Le système connu le plus tôt a été développé aux environs de 1935 et a été décrit dans Electrical Communication, 1937 par L. Devaux et F. Smets. Ce système LMT était un véritable système d’impression direct à Multi-Tonalités qui utilisait une matrice 7 x 5 points. Il était similaire en de nombreux points au Hellschreiber, puisqu’il utilise l’aptitude humaine à reconnaître des modèles, à lire le texte et que les transmissions n’étaient pas encodées. Nous identifierions cela maintenant comme du C/MT-Hell ou Concurrent Tone Multi-tone Hellschreiber.

Le système a été développé par la compagnie "Le Materiel Telephonique" et testé durant 1937 sur la liaison d’Algers à Paris, (1 300 km) sur 12,2 MHz. On ne sait pas s’il fut employé en service commercial mais le système et la compagnie LMT furent probablement victimes de la guerre.

Le DTMF

L’exemple probablement le plus largement connu de MFSK est le DTMF - Dual Tone Multi-Frequency ou "numérotation à tonalités par touches ou à fréquences vocales". Le DTMF a été développé par Bell Labs et il est très largement employé en télephonie – la plupart des gens connaissent les beeps sonores que les télephones font quand les nombres sont pressés. Le DTMF est un système "deux sur huit" qui utilise des paires de tonalités à partir de huit tonalités dans deux bandes. Il est employé pour transmettre les chiffres de 0 à 9 et quatre signaux de contrôle de A à D. Une tonalité basse et une tonalité haute sont transmises pour chaque code envoyé. Chaque paire prend un minimum de 50 ms. Les combinaisons sont :

L’usage du DTMF est très répandu dans les circuits de télephones mais il est peu utilisé en HF à cause des problèmes tels que l’instabilité et les fausses détections dans le bruit. Le DTMF fonctionne bien sur VHF et sur UFH en FM, il est très souvent employé pour la commande des relais Amateur. Il est aussi très largement répandu pour la télémétrie dans les alarmes et les systèmes de sécurité.

Le COQUELET

Le "Rooster" Belge a été développé par ACEC dans les années 1950 pour fournir des transmissions de textes plus fiables. Le Coquelet essayait de résoudre les problèmes que rencontrait le RTTY à cette époque et qu’il rencontre encore - fading sélectif et distortion du moment d’arrivé à cause des multi-trajets. On connaît peu de chose des débuts de l’histoire de ce mode. Il était beaucoup utilisé par les Belges, les Algériens et les services français des douanes et de la police. Il y a trois formes de Coquelet connus comme le Coquelet 13 ou Mk1, le Coquelet 8 ou Mk 2 et le Coquelet 80. Tous les trois systèmes sont des systèmes à deux tonalités, par exemple qui transmettent des paires de tonalités séquentielles. Ils peuvent être résumés par le tableau suivant :

La technologie du Coquelet était bien documentée dans le magazine interne des concepteurs, ACEC REVUE No 3-4, 1970, dans l’article "Les Téléimprimeurs, Téléchiffreurs et Transcodeurs ACEC - Système Coquelet". Cet important article inclut une excellente analyse des avantages à limiter le nombre de signes par caractère à un ou deux.

Le Coquelet a été conçu pour un système électromécanique qui utilisait tuned reeds pour générer les tonalités, et les mêmes reeds comme filtres de réception. Parce que les tonalités étaient en deux jeux, basse et haute, une pour chaque tonalité de la paire, la synchro pouvait être récupérée directement. Le Coquelet fut conçu pour être opérer directement avec l’équipement existant le téléimprimeur ITA2, qui fonctionnait donc à une vitesse équivalente. Le système original était asynchrone (par exemple stop-start; il pouvait y avoir des trous entre les paires de tonalités avec du texte envoyé manuellement) et l’équipement convertissait immédiatement les signaux de et en signaux asynchrones utilisés conventionnellement par le téléimprimeur. ACEC fabriqua aussi convertisseurs à deux voies ITA2 pour Coquelet.

Le Coquelet utilisait des tonalités espacées de trois fois la rapidité de modulation. Les tonalités sont divisées en deux groupes, les tonalités basses espacées de 30 Hz l’une de l’autre à partir de 812 Hz jusqu’à 1 022 Hz sont utilisées pour le premier de chaque paire de signaux qui définit un caractère ITA2, et définit trois bits du caractère. Les tonalités hautes espacées de 30 Hz l’une de l’autre à partir de 1 082 Hz jusqu’à 1 172 sont utilisées pour le second signal et deux bits restant du caractère. La synchronisation du signal est implicite dans les différentes tonalités utilisées pour la première et la seconde tonalités de la paire de signaux.

Kineplex

A part l’existence d’un article dans Proc IRE, "Binary data transmission techniques for linear systems", pary M.L. Doelz, F.T. Heald et D.L. Martin, 1957 iss 45, on n’en sait pas plus. Le système était manifestement relatif au Coquelet. Toute personne ayant des informations complémentaires ou une copie de cet article serait aimable de contacter ZL1BPU.

PICCOLO

Le travail sur le développement d’un système de téléimpression robuste pour l’usage des services diplomatique commença dans les bureaux Hanslope Park du Diplomatic Wireless Service, division du British Foreign and Commonwealth Office, aux environs de 1957. Le Piccolo fut développé en premier par Harold Robins OBE (qui travailla pour le MI 6 de 1956 à 1958 et DWS de 1946 à 1971), assisté par Donald Bailey et Denis Rouse. Donald Bailey et Dennis Ralphs étaient les chefs de projet de l'équipe de développement. Le système fut révélé au public pour la première fois lors d'une exposition de l' Institute of Electrical Engineers  à Londres en 1963, où il suscita beaucoup d'intérêt. Ce système était un système modulé en amplitude en utilisant une porteuse avec une seule bande latérale supprimée. Les tonalités employées étaient comprises entre 330 et 660 Hz, espacées par des intervalles de 10 Hz  et elles étaient transmises à 10 baud.

Les premiers essais se passèrent à Crowborough dans le Sussex où une station radio puissante avait été construite enterrée dans la fôret Ashdown. (une photographie existe toujours). Cette station fut construite pour envoyer la propagande en Allemagne durant la Deuxième Guerre Mondiale. Deux voies de communications furent établies en premier avec Delhi en 1962, avec Beirut in 1964 et puis avec Singapour en 1965 en utilisant le système à 32 tonalités, une tonalité par lettre de l’alphabet! (En réalité 33 tonalités, comme une tonalité de remplissage était employée pour maintenir le synchronisme). Le système s’avéra extrêmement couronné de succès et les communications entre les Britanniques et Singapour continuaient souvent pendant une heure après que les liaisons standards par téléimprimeurs aient fermé. Pour citer David White G3ZPA, qui travailla avec le système à 33 tonalités à cette époque :

"Je fus affecté pour prendre part aux tests avec Singapour à partir de notre  station à Londres. C'était stupéfiant, il était si supérieur aux téléscripteurs radio conventionnels que c'était presque à ne pas y croire, et il fut rapidement utilisé pour le trafic régulier. Lorsque nous ouvrions le réseau à 6h00 chaque matin, le Piccolo donnait une réception robuste immédiatement alors que le RTTY était si mauvais qu'il n'était pas encore 7 h du matin avant qu'il ne fut utilisable pour le trafic. C'était pareil dans l'après-midi, parce que après 18h30 le RTTY s'évanouissait pour devenir  inutilisable tandis que le Piccolo ne cessait de donner une réception fiable pendant une heure supplémentaire. La chose sidérante était que alors que nous ne pouvions plus entendre le signal sur les récepteurs, le  système de détection par oscillateur des tonalités arrivait à encore produire un signal S9 aussi longtemps qu'il pouvait le détecter même si pourtant le signal était sous le niveau du bruit.

"Il était si efficace que nous avons rapidement adapté toutes les 64 stations radio autour du monde pour remplacer progressivement le RTTY et le Morse jusqu'en 1967 où le Piccolo pris la relève. Il supporta tout le trafic diplomatique du gouvernement pendant les 22 années suivantes, jusqu'à ce qu'il fut décidé de le changer pour un même système avec une bande plus étroite, qui était encore plus rapide que le Piccolo 33 tonalités à 100 baud, qui était plus cher et nécessitait plus de techniciens dédiés que pour le Piccolo pour l'entretenir. Les ingénieurs des téléscripteurs radio existant n'avaient pas les données pour faire la maintenance".

Le nouveau système plus rapide que David mentionnait était le Piccolo Mk 6 à 6 tonalités. L'équipement était plus petit et moins cher à fabriquer. David indique 100 baud pour le système à 33 tonalités, il s'agissait bien sûr de la vitesse de téléscripteurs, 100 bps, tandis que la liaison radio fonctionnait à 10 baud. Les ingénieurs et   techniciens Piccolo étaient formé aux SOE Headquarters à Poundon House dans le Buckinghamshire.

Les Piccolo Mk 1 à Mk 5 étaient tous des modes à 33 tonalités sans correction d'erreur. Le système était si robuste qu'aucun ne fut nécessaire et des tests en 1968 comparant le Piccolo avec le nouveau système expérimental SITOR (connu chez les radioamateurs sous le nom AMTOR) montraient que lorsque la copie devenait difficile la liaison SITOR ralentissait ou s'arrêtait, tandis que la liaison Piccolo continuait à pleine vitesse avec juste des erreurs occasionnelles. Comme le système était généralement utilisé avec des groupes de chiffrage de cinq caractères, les erreurs étaient faciles à repérer. Les tous derniers systèmes furent élaborer pour être adaptés aux correction d'erreur, mais il ne fut jamais nécessaire!

Les transmissions initiales étaient en AM, suivies peu après par la SSB. Les systèmes à 6 et 12 tonalités furent introduites à la fin des années 1970 pour économiser davantage de bande passante. Le système à 6 tonalités est encore utilisé de manière limitée aujourd’hui. Les équipements actuels sont fait par Racal. Comme le Coquelet, le Piccolo est un système à tonalités séquentielles qui utilise six ou douze tonalités, toutefois le Piccolo fut dès le début un système complètement électronique à l’exception de l’horloge qui était en premier piloté par moteur!

La dernière  transmission Piccolo eut lieu le 4 juillet 1993, la totalité du système de  transmission radio du  Gouvernement U.K. en hautes fréquences fut alors démantelé. Une des machine Piccolo à 6 tonalités originale restant demeure en état de fonctionnement au Bletchley House museum, affectueusement restoré par David G3ZPA, qui a fournit aimablement beaucoup des informations historiques au sujet du Piccolo.

La première version à 32 tonalités est bien documentée dans l’article "Multi-tone signalling system employing quenched resonators for use on noisy radio- teleprinter circuits, publié par J.D. Ralphs et al, Proc. IEE Vol 110 No. 9, septembre1963.

Cet article décrit l’utilisation de filtres LC quenched lossless pour la réception et la génération des tonalités, et comporte une débat intéressant sur comment obtenir un signal orthogonal  dans un environnement FSK non-cohérent. La discussion porte sur le domaine du temps et des arguments parallèles agréablement modernes sur le domaine des fréquences au sujet de l'espacement des tonalités, qui parviennent aux mêmes conclusions dans différent langages.

Le tout premier système Piccolo apparente chacun des caractères ITA-2 à une tonalité unique, trafiquer à 10 baud permet d’atteindre un remarquable 100 MPM. Comme le Coquelet, les derniers systèmes Piccolo sont avec des techniques à deux tonalités, c’est à dire qu’ils transmettent des paires de tonalités séquentielles. Le synchronisme est obtenu dans tous ces systèmes en modulant le transceiver avec un character rate square wave 10% AM.

A la différence du Coquelet, le Piccolo utilise un espacement de tonalité minimum pour une détection orthogonale (espacement = rapidité de modulation) et a toujours utilisé une génération de tonalités électronique. The integrate and dump detection system allowed ce niveau de performance, et les filtres de réception étaient aussi utilisé comme des oscillateurs triggered pour générer des tonalités synchronisé en phase moderately. Il existe plusieurs versions du Piccolo – les versions les plus connues sont résumées dans le tableau suivant :