Feld-Hell

ukázka Hell

HELLSCHREIBER byl patentovánt v 1929 a dodnes je jeho originální formát používán. Dálnopis HELLSCHREIBER byl první úspěšný přenosový systém přímo tisknoucí text, a byl velmi populární v časech, kdy dálnopis byl složité a drahé zařízení (Hellův přijímající mechanismus měl pouze dvě pohybující se části). Zpočátku byl HELLSCHREIBER většinou použit pouze pro pozemí tiskové služby, což pokračovalo dobře až do let kolem 1980. Vojenskou verzi použili Němci během španělské občanské války (1933 Legie Condor). Během II.světové byl HELLSCHREIBER široce využíván pro polní přenosné vojenské komunikace, pro což byl velmi vhodný protože vybavení bylo jednoduché a robustní. Dnes pro tento systém užíváme termín "Feld-Hell", nebo "Field Hell", pro odlišení nepatrně rozdílných čárkových tiskacích systémů..

pořadí bodů

Každý znak Feld-Hell přenosu je zobrazen jako série teček, v matici, stejně jako tiskne jehličková tiskárna . Tečky jsou vysílány jedna za druhou, obdobně jako Morse cod. Feld-Hell přenáší v následujícím sledu každý sloupec od spoda nahoru, pak pokračuje každý následující sloupec z leva doprava. Následující obraz ukazuje fragment textu "BCDE", ukazuje pořadí v kterém jsou tištěné prvky znaků. Každý prvek z bodového obdélníku reprezentuje potenciální tečku, a představuje jeden znak - pímeno nebo číslo. Přenosové pořadí proto tedy je A1, A2, A3... A7, B1, B2... atd. Ve skutečnosti je toto zjednodušeno - obvykle se používá 14 bodů na sloupec a jsou upraveny do párů, co je důvod proč se v tom diagramu jeví vyšší než jsou široké. Toto je vysvětleno dále na této stránce.

Bodová matice v tomto zobrazení popisuje umístění každé jednotlivé tečky znaku. Mezera na vrcholu a spodku každého písmene a mezi znaky znamená nevysílaný obraz bodu. Tyto jsou zobrazeny jako prázdný bílý obdélník. Vysílaný (zaklíčovaný) bod je vyobrazen černě. Podívejte se na ukázkový diagram "BCDE", tam je jasně patrné, že vysílací pracovní cyklus (činitel plnění) je hodně nízký (okolo 22%). Jiný způsob vyjádření tohoto je, že poměr špičkové hodnoty k průměrné je velmi vysoký, co jest významné pro dobrou čitelnost signálu v šumu.

150 znaků je přeneseno každou minutu. Každý znak trvá 400ms. Protože znak obsahuje 49 bodů, každý bod tedy trvá 8,163ms. Účinná přenosová rychlost je 1/8,163 ms = 122,5 baud, a propustnost je 2,5 znaků/sec, neboli cca 25 WPM.

Pravidlo dvou bodů

Původní Feld-Hell zařízení, a také nejlepší software, přenáší vždy dva body (každý polovinu výšky, nebo polovinu trvání) pro každou tečku, jak je vidět na diagramu. Tím se zlepšuje svislá rozlišovací schopnost. Jestliže se podíváte pozorně na diagram nahoře, můžete vidět jak toto docílit bez nárůstu šířky pásma signálu. Rudolf Hell navrhl fonty tak, aby se jednotlivé body poloviční výšky nikdy nepřenášely. Například, pravá strana "B" má zvýšenou rozlišitelnost při skluzu regulace časování bodu plné výšky, na polovinu výšky jednoho bodu. Tři poloviny výšky bodu jsou přeneseny bez přrušení, takže šířka pásma není zvýšena. Když se podíváte na ostatní znaky, uvidíte i jiná místa kde se tato technika vyskytuje.

Další významný prvek omezující šířku pásma, při dobře zřetelných písmenech, je to, byl že tato technika zajištuje, že pulsy do vysílače nejsou nikdy kratší než 8ms. Kratší (poloviční bod) pulsy by mohly být silně zkresleny pomalou dobou náběhu vysílače, a následně způsobit nadměrnou šířku pásma, a také nedávají dostatečnou energii pro psací kladívko mechanického přijimače HELL.

Tvarování teček

Další důležitá technika která omezuje šířku pásma vysílání Feld-Hell je pečlivé tvarování tečky použitím výrazně kosinusových profilů. Jestliže je signál tvrdě klíčován, při 122,5 Hz klíčování SSB způsobem bude se signál rozprostírat nějakých 500 Hz po postranním pásmu. Starší systémy dosáhly tvarování tečky použitím klíčovacích filtrů (zrovna takovéch jaké se užívají pro MORSE provoz), ale nyní je účinně dosžen větší efekt přes signal processing. Obraz dole ukazuje kosinusově tvarovaný signál skutečného přenosu, dva pixel-páry, a skupinu bodů.

oscilogram teček
Kosínusová úprava průběhu klíčování Feld-Hell

    Poznámka:     je vidět tvar teček, a že každá tečka je identická. Bez tvarování, které omezuje šířku pásma o 245 Hz, by byl signál velmi široký.

Vypouklý kosinusový profil efektivně moduluje nosnou sinusovým průběhem 122.5 Hz během teček, a při 100% modulaci nosné vzniká jeden pár postranních pásem 122.5 Hz po obou stranách nosné, což je více, než při modulaci pulsy širšími než jedna tečka.

spektrum upraveného signálu
Spektrum kosínové úpravy signálu Feld Hell

Výše zobrazené spektrum skutečného Feld-Hell signálu vypadá dost široké, ale uvažte, že svislá stupnice je logaritmická. Všimněte si, že postranní pásma klíčování poklesají rychle (300Hz šíře při 30dB útlumu). Porovnejte to s dalším vyobrazením, ukazujícím tvrdé klíčování Feld-Hell. Rozdíl je zřejmý! Silná složka v okolo 600 Hz je typická pro široké systémy - LA0BX software může být typický tímto přenosovým "rysem".

tvrdé klíčování
Spektrum tvrdého klíčování Feld-Hell

Mnohý software pro Feld-Hell umí přenášet každý sloupec dvakrát, pro dvojnásobné šířky písmen, což zlepšuje čitelnost při špatných podmínkách.

dvojitá šířka písma
Písmo s dvojitou šířkou

Přijímací systém je kompatibilní s dvoupixelovou technikou a zvládá tuto variaci dvojnásobných sloupců bez nějakých změn. Je možno provést i mnoho jiných úprav, zatímco zůstávát přijímač kompatibilní, například přenos malých obrázků, nebo cizojazyčných fontů. Počet bodů na sloupec a počet sloupců na písmeno může také být změněn, pokud se zachová přesně 17,5 sloupců za sekundu a šířka pásma je řízená, pak nebude potřeba žádných změn na přijímači.

Generování písmen

V originálním stroji Feld-Hell byla písmena vytvářena zajímavou cestou. Měl válec, který obsahoval jeden okruh mosazných kontaktů pro každý znak klávesnice. Když byla stlačena klávesa, válec se jednou otočil a v tom procesu přenášel přes kontakty body požadované pro zvolený znak. Mechanické blokování zabránilo aby klávesy nemohly být stlačeny současně, a zároven zajistilo, že každý nový znak začal ve správném času pro zachování fáze přenosu. Použití klávesnice byla výzva, protože každá další klávesa potřebovala být stlačena lehce během přenosu předcházejícího písmena, na "lock in "("zavěšení") písmena ve správném času. Jinak by byla mezi písmeny odesílána mezera.

Protože na jedno písmeno byl použit pouze jeden okruh bodů a válec byl otáčen jednou na písmeno, a ne jednou na každý sloupec, znaková matice byla uspořádána v jedné linii po obvodu válce. Srovnejte si tuto kresbu s tou nahoře:

kontakty na obvodu válce

V této kresbě je bod zobrazován stejně jako v té předcházející, ale všimněte si, že každý znak startuje odleva, a každý sloupec bodů následuje po předcházejícím, ozačeném A, B, C.. atd. na spodu kresby. Nyní si představte úplný soubor písmen skládající se vždy z těchto čtyř bodů pod sebou, černé body reprezentují mosazné kontakty, potom obalte tuto kresbu na obvod svislého válce.

Feld-Hell stroj vzráběný za války měl klíčování zvukovým tónem 900 Hz, posílaným telefonní linkou, nebo moduloval vysílač, například A3. V některých modelech bylo možno vyvést klíčovací kontakty pro přímé klíčování CW vysílače. Feld-Hell je proto tedy amplitudové klíčování, právě jako Morse, jak A1 nebo A3. Každý bod bodové matice písmena je zaslán stejně jako CW tečky. Kde není v matici žádný černý bod, není vyslán signál. Feld-Hell je ve skutečnosti jednoduchá technika faksimile. Ranný tiskový systém, F-Hell byl identický mimo toho že běžel v 245 baud (5 znaků/sec). Asynchronní varianta, GL-Hell, (použitý pro pozemí stroje) používá pevný začátek bloku bodů vlevo od každého znaku a tím poskytuje každý znak základ synchronizace, ale tato metoda nemá žádnou výhodu pro amatéry.

Výborný článek popisující tradiční mechanickou metodu přenášení a přijímání Feld-HELL se objevil v HAM RADIO Magazine, prosinec 1979. Článek který popsal fonty Hell a obsahoval i jiné užitečné informace byl otištěn v Radcomm, Duben 1981. Skutečný stroj popsaný G5XB v tomto článku byl do nedávna v majetku Iana G4AKD, a nyní je umístěn v Bletchley Park Museum.

Přehled rozdílných formátů Hell je uveden na stránce Hell Formats.

Znaky Feld-Hell jsou vysílány jako série bodů rychlostí 122.5 bodu/sec, bud použitím CW vysílače, nebo v současnosti vysíláním tónů prostřednictvím SSB vysílače. Černé body jsou představovány CW tečkou (klíč stisknut), a bílým mezerám odpovídá mezera stejně dlouhá jako jedna tečka (klíč nestisknut). Požadavky na přesnost časování jsou úplně stejné, jako pro fax, ale Rudolf Hell vyvinul jednoduchou ale šikovnou techniku, který obsahuje tisk text dvakrát, co může negovat účinky chyby fáze a malé odchylky v časování, tak vyhnul se potřebě řídit synchronizaci. Na vrchol této stránky je příklad ukazující dvě HELLem nad sebou tištěné linky. Následující příklad ukazuje extrém chyby časování, kdy text je stále čitelný.

chyba časování

Feld-Hell je proto tedy "quasi-synchronní". To je důležité, uvědomit si, že text je sice tištěn (zobrazován) dvakrát, ale není dvakrát přenášen! Font byl navržen tak že vrcholek a spodek font může rovnat se vytvořit čitelný text, bez ohledu jaké fáze vztah existuje mezi stanicí vysílací a přijímající vybavení. V dalším příkladu fáze není stejná, takže dvě tištěné linky se jeví jako jedna dobrá a dvě částečné:

chyba fáze

Moderní DSP technika může značně zlepšit výkon Feld-Hell příjmu a vysílání, redukování přenášená šířka pásma a poskytnou impozantní přijmout citlivost. Je dostupné několik zcela rozdílných druhů programového vybavení pro Feld-Hell, a ve většině případech požadavky na hardware jsou velmi jednoduché - buď rozhraní typu "HAMCOMM" ,nebo zvuková karta. Ačkoli nebyl původně koncipován tímto způsobem , Feld-Hellu může velmi prospět použití techniky DSP, zvláštní druh číslicového filtrování, detekce, průměrování a technika analogově číslicové konverze.

K ilustraci této výhody viz obraz níže, byl přijat ZL2AKM od OH/DK4ZC (okolo 20,000 km), zaznamenán na magnetofon a nahrán zpět do software LA0BX, který má sice číslicové filtrování, ale žádný DSP nebo podobný způsob demodulace a nemá, stejně jako originální Feld-Hell, analogovou stupnici (stupnici šedi). Zobrazí se toto:

bez stupnice šedi

Jinými slovy, tento systém není pravý "Fuzzy". Pomocí lepšího zpracování s analogovou detekcí, A-D konverzí a užitím stupnice šedi stejný úryvek nahrávky signálu od ZL2AKM může vypadat takto :

ve stupnici šedí

Většina programového vybavení zde uvedená má tuto schopnost. Zlepšení v čitelnosti je zřejmé - to je proto, že se zobrazuje přesně to, co je přijato, bez nějaké rozhodovací hranice, jen oko a mozek, ne počítač, smí rozhodnout co je součást znaku a co ne, neboli které body jsou významné. Oko a mozek má o tolik vyšší výkon v rozpoznání na kontextu založené interpretace, že žádný počítač nemůže s nimi soupeřit.

 

Představení

Co umí, ukáže Feld Hell velmi dobře tam, kde přenosová cesta má rozumnou stabilitu (málo úniku) a kde úroveň signálu je srovnatelná s průměrnou hodnotou šumu nebo lepší. Jestliže je pro příjem použitá šedá stupnice (viz výše ), pak čitelnost při nízkém poměru signálu k šumu je mnohem lepší. Feld-Hell je slušně imunní k rušení, ale může být rušen přímo na své frekvenci nosnou nebo Morse.

Snad většina nepříjemných efektů nastává kolísánín časování kvůli úniku. Jak se ionosférická trasa mění, délka přenosové trasy může kolísat až o několik tisíc kilometrů. Výsledek je kolísání času příchodu bodu až o 20 ms. Příklad nalevo ukazuje dvě slova jednotlivého přenosu, přenesená přes krátkou a dlouho přenosovou cestu, čehož bylo docíleno rychlým přepínáním antén mezi slovy. Rozdíl v přenosové vzdálenosti okolo 6000 km jest viditelný na stoupajícím vertikálním pohybu všech bodů v druhém slově (zpoždění až 20 ms).

Protože každý sloupec bodů zabírá pouze 57 ms, tyto chybně umístěné body mohou dělat text nečitelný. Když je přenosová cesta velmi nestálá, například když tam je vícenásobná přenosová cesta, signál z každé přenosové cesty je přijímán rozdílně, a může se měnit z jednoho písmena na jiné. Následkem toho může být text zcela nečitelný. V dalším příkladu nalevo si všimněte písmen "ONG" ve slově "LONG". Tento zkomolení nastalo pouze kvůli změnám v času příchodu bodu od jeho základny. Písmeno "A" v "PATH" je částečně chybějící kvůli odlišnému efektu - krátký velmi hluboký pokles signálu, příjmem pod úrovní šumu. Tyto problémy jsou typické pro nižší krátkovlnné frekvence.

Další příklad je právě typický pro pásmo 80m během večera, na 300km trase, tam je vidět 16ms zpoždění mezi základní vlnou a (slabším) odraženým signálem. Na signálu od ZL1AF bylo patrné přídavné zpoždění ekvivalentní trase 4800 km (!?).

Poslední příklad ukazuje vzor přijetí současně krátké a dlouhé přenosové cesty KV. Pohleďte pozorně na písmeno "R" z "TURNED". Všimněte si, že dvě zobrazení téhož písmena jsou zřetelně posunuta svisle nad sebou o 10ms. Tento příklad je OH/DK4ZC přijatý od VK2DSG na 20m.

Všimněte si také úniku v tomto posledním příkladu - "H" a "M" je slabé, zatímco "B" je silné, a šum pozadí zůstává mírný a stálý. Toto znamená, že signál skončil na úrovni šumu, nebo AGC činnost se snaží zmenšil šum. Ve všech těchto příkladech přijímací software pochopitelně používá stupnici šedi.

SOFTWARE

pro Feld-Hell je dostupné mnoho rozdílných softwarových aplikací, v rozsahu od jednoduchých po velmi složité. Příklady citované dole jsou nejlepší z obou typů, a byl vybrány k objasnění jak rozdílné počítačové "platformy" je možno používat. Elektronické verze Feld-Hell existovaly už od doby dnů Apple II. Jsou známa použití hardwarových rozhraní pro různé DSP zařízení, zvukové karty, PIC, 8052 a dokonce Mac. Aplikace zde uvedené jsou všechny pro PC. Žádné programové vybavení není zde ke stažení, ale vše je lehko k nalezení na internetu.

LA0BX Hs-v9709 pro Dos a Hamcomm interface.

Tento software od LA0BX vyžaduje TCVR SSB nebo CW a HAMCOMM nebo podobný interface. Toto je spolehlivý začátečnický program pro převod signálů digi na lidsky čitelný text. Je pohodlně nastavitelný i ovládatelný, a byl široce používán. HAMCOMM interface je jednoduché postavět a může být také použit pro RTTY, SSTV, Fax atd. Tento program dokonce pracuje i na 286 nebo 10 MHZ XT, a je stále užitečný pro QRP přenosný užití s CW TCVRem a počítačem laptop...

G3PPT FeldHELL pro DOS a SB zvukovou kartu

Pro uživatele PC PENTIUM tento software dokáže vyrábět a přijímat Feld-Hell prostřednictvím zvukové karty (musí to být pravá SB 8, nebo 16 bit). G3PPT software poskytuje příjem v pravé stupnici šedi.

IZ8BLY for Windows™ PC

Tento high-end software využívá 16 bitovou zvukovou kartu a velmi rafinované DSP software se speciální filtry. Umí módy PSK-Hell, MT-Hell a FSK. Zapisuje napřed do vyrovnávací paměťi a má volitelné fonty. Fonts jsou programem konvertovány na tony, a je použité výrazně kosinusové tvarování pixelů. Tento program vyžaduje alespoň PENTIUM 100 a Win 95. Nejvíce populární software ze všech.

G3PLX for Motorola 56002EVM.

Pro vlastníky tohoto modulu. Tento jednoduchý výkonný program od G3PLX užívá účinný DSP modul pro generování a příjem analogového signálu. Aplikace zahrnuje rozhraní pro Windows display, který může automaticky vkládat firmware do DSP jednotky. G3PLX software poskytuje příjem s věrnou stupnicí šedi a zlepšuje kosinusový tvar sinusovky klíčování pro skutečně čistý signál vysílače. Jestliže máte modul Motorola 56002EVM, pak tento software nevyžaduje nic více než nějaký PC 386 a Windows 3.1.

MIXW pro WINDOWS™ PC

velmi dobrý komerční multi-mode program od UT2UZ a UU9JDR, který umí Feld-Hell, PSK a FM-Hell. Může užívat většinu zvukových karet a také lze použít speciální USB interface nazvaný "RIG EXPERT".

Obrázky na této stránce byly vyslány a přijaty programem LA0BX při použití interface HAMCOMM na 3.58 MHZ přes večer, trasa 100 KM, s únikem kvůli vzájemné působení přímé a odražené vlny (není použita stupnice šedí jako má "FUZZY" software). Za podobných podmínek jsou RTTY a AMTOR velmi nespolehlivé a PSK31 je jen o málo lepší. Žádný obrázek na této stránce nebyl upraven nějakým grafickým programem a čitelnost textu je typická pro použité pásmo.



Copyright © M. Greenman 1997-2005. All rights reserved. Contact the author before using any of this material.
přeložil J.Skalník 2006