Radiocommunicatie: vastlegging telexberichten met de PUNCHROPHYL (1960)

Vastlegging telexberichten met de PUNCHROPHYL (1960)

Als onderdeel van de interceptieafdeling bestond er eind jaren vijftig van de twintigste eeuw behoefte bij de 45e Verbindingsdienst van de Koninklijke Luchtmacht (45 LUVE) op Kamp Blikkenburg te Zeist aan apparatuur die vercijferde en onvercijferde militaire telexberichten van achter het toenmalige ijzeren gordijn kon vastleggen inclusief het tijdstip van ontvangst. Als eerste werd in 1960 door de dependance van het TNO Laboratorium aan de Jan van Nassaustraat 65 in Den Haag een apparaat ontwikkeld dat ontvangen telexberichten kon vastleggen. Deze opslag bestond toen nog uit opslag op ponsband. Dat apparaat kreeg de naam PUNCHROPHYL (Punching UNinterupted CHaracter Registration Otomaton PHYsisch Laboratorium). Aanvullend werd een twinplex-converter gebouwd, die beide telexkanalen die op één draaggolf gezet waren kon scheiden.

Na de bouw van een leesapparaat, werd voor het afdrukken van de berichten in 1961 een ander apparaat ontwikkeld, de SCRIBOPHYL (Schrijfmachine met Cyrillisch alfabet voor Russische, Internationale en Baudot Overdrachtssystemen, PHYsisch Laboratorium). In Fig. 1 is een schema weergegeven waarin de PUNCHROPHYL met de aangesloten randapparatuur is afgebeeld.

Fig. 1. Schema PUNCHROPHYL met randapparaten
Fig. 1. Schema PUNCHROPHYL met randapparaten

Ontvangen telexinformatie werd door middel van een radio-ontvanger naar de PUNCHROPHYL gestuurd en na verwerking in ponsband vastgelegd. Een afzonderlijke bedieningskast met indicator diende om de PUNCHROPHYL te kunnen instellen. Als randapparatuur werd gebruikt:

  • De radio-ontvanger:
    • RACAL (RA 17L) met een uitgangsweerstand van 3 Ohm en 10 mW uitgangsvermogen,
    • PHILIPS (BX 925 A/09) met een uitgangsweerstand van 600 Ohm.
  • Een CREED ponsmachine voor de papieren ponsband met uitgangsregistratie.
  • Een normale telexmachine (blad- of bandschrijver) welke werd aangestuurd met 40 mA over 225 Ohm als ruststroom. Ontvangen normale telexsignalen zoals de Westerse Baudot-code konden op de telexmachine worden geregistreerd.
  • Een gemodificeerde papieren bandschrijver van de firma HELL (volgens de modificatie HELL recorder RC 18 I) die werd gebruikt voor het controleren van de normale (Westerse) telexregistratie. Zie verder (extern): HELL morse recorder rc18.html en HELL morsesystemen
 
De PUNCHROPHYL met randapparaten (1960)
De PUNCHROPHYL met randapparaten (1960)

Het binnenkomende radiosignaal kende twee elkaar afwisselende toestanden. Deze twee toestanden (in Fig. 2 “Hoog” en “Laag”) werden ontvangen als twee dichtbijeenliggende, elkaar afwisselende, frequenties. Deze zogenaamde Frequency Shift Keying (FSK) houdt in dat de frequentie wordt geschakeld, de “SHIFT”, tussen de beide modulaties. De ontvanger was in staat deze modulaties om te zetten in audiofrequenties (tonen). Het ontvangen signaal bestaat uit een reeks tekens. Ieder teken bestaat weer uit een bepaald aantal elementen (bits) met eigenschapen als een start- of stopelement of als informatiebit.

In Fig.2 zijn de signalen aangegeven, welke de PUNCHROPHYL kon verwerken:

  • 12 bits met 10 informatiebits, nominale karakterduur van 300 ms,
  • 7 bits met  vijf informatiebits, nominale karakterduur van 155 ms,
  • 7,5 bits met  vijf informatiebits, nominale karakterduur van 150 of 163 ms.

De signalen in Fig. 2a en Fig. 2b bestaan uit series aaneengesloten karakters. Wanneer er geen inhoudelijke informatie werd verzonden, ging het verzenden van start- en stopelementen in het algemeen door: het zogenaamde “Idle Time” signaal. De elementen van de beide soorten hadden gelijke tijdsduur.

Het signaal in Fig. 2c is de gewone telexcode (Western Baudot-code, ongeveer 50 Baud). De aanduiding “7,5 bits” heeft betrekking op de karakterlengte. Het STOP element is 1,5 maal de lengte van een informatiebit. Signalen met 7,5 bits karakters, bestonden soms uit series van niet aaneengesloten karakters, de zogenaamde “losse karakters”.

Fig. 2. Ingangssignalen voor PUNCHROPHYL
Fig. 2. Ingangssignalen voor PUNCHROPHYL

De Punchrophyl was samengesteld uit de volgende delen:

  1. Converter. De converter zette de wisselende tonen uit de radio-ontvanger om in elkaar afwisselende gelijkspanningen. De START-polariteit is 0, de STOP-polariteit is negatief. De ingangsfilters van de Converter lieten elk één van de beide tonen door. Dit alleen als de beat-oscillator van de radio-ontvanger juist was afgestemd. Werd er verondersteld dat de “SHIFT” = 1000Hz tussen beide frequenties was, dan moest de beat-oscillator zo worden ingesteld dat de ene toon een frequentie had van 2750 Hz en de ander 1750 Hz.
  2. Signaalsynchronisatie-eenheid. Het ontvangen radiosignaal bestond uit series aaneengesloten karakters. De regelmatige opeenvolging van karakters kan men beschouwen als een cyclisch verschijnsel. Om dit signaal te verwerken maakte de PUNCHROPHYL gebruik van een interne systeemcyclus, die zichzelf kon synchroniseren met de signaalcyclus. De PUNCHROPHYL was in staat die plaatsen op te sporen waar zich in het binnenkomende signaal de START- en STOP elementen bevinden. Daar vanaf geleid werd dan elke informatiebit ingedeeld naar volgorde van binnenkomst. De signaalsynchronisatie-eenheid was opgebouwd met:
    • Een statistisch geheugen dat de interne systeemcyclus genereerde. Het kon beschouwd worden als een elektronisch wiel, waarvan het toerental werd bepaald door de deeltalinstelling van de systeemklok. De absolute gelijkloop met de cyclus van het ingangssignaal (fase) werd geregeld met de aftastvertrager. De informatie in het statistische geheugen kon bij het wegvallen van het ingangssignaal door bijvoorbeeld fading de synchronisatie tussen systeemcyclus en ingangssignaal cyclus voor korte tijd instandhouden. Bij het verwerken van 7,5 bits signalen echter stopte het statistisch geheugen met het opslaan zodra er geen karakter meer beschikbaar was. Dit maakte het mogelijk de “losse karakters” op overeenkomstige wijze als voor normale telexapparaten te verwerken.
    • Een aftastvertrager die steeds reageerde op de overgangen van STOP- naar START-bit. Daarmee genereerde de aftastvertrager een synchronisatie-impuls voor het statistisch geheugen. Zo werden er kleine asynchrone afwijkingen gecorrigeerd.
    • Een schuifautomaat. Sommige radiosignalen vertoonden ineens polariteitswisselingen van het START- en STOP-bit. Dit werd in die tijd aangeduid met “SCHUIF”. Waarom deze polariteitswisseling werd uitgevoerd was toen nog onbekend. Indien er niet kon worden gereageerd op deze wisseling zou de synchronisatie volledig verstoord worden. De schuifautomaat bewerkte het ingangssignaal (al of niet met “SCHUIF”) zodanig dat er aan het STOP- en START-bit de normale polariteit werd toegekend.
  3. Signaalmeting. De signaalmeting maakte het mogelijk tijdens ”IDLE-time” uitzendingen de tijdsduur van de karakters op te meten. De tijdsduur van een karakter was sterk afhankelijk van de gebruikte zender. Deze tijdsmeting leverde tevens informatie voor het in te stellen deeltal van de systeemklok.
  4. De systeemklok. De systeemklok bestuurde met het afgeven van impulsen de schakelingen van de PUNCHROPHYL. Deze impulsen in μs waren instelbaar (deeltal). Met het instellen van de systeemklok kon een redelijke gelijkloop tussen ingangssignaalcyclus en systeemcyclus worden verkregen.
  5. Buffergeheugens en versterkers. De informatie-elementen van de karakters werden achtereenvolgens gelezen en in een schuifregister opgeslagen. Deze buffer werd parallel uitgelezen en aan de codemagneten van de CREED-ponsband ponser aangeboden. Bij elke ponsslag van de CREED-ponsmachine werden de vijf informatie-elementen (bits) in de ponsband geponst. Om zowel zeven- als vijfkanaalssporenband te kunnen ponsen was er aan de CREED-ponser een modificatie aangebracht. In Fig.3. is de indeling voor deze sporen aangegeven.
    Dit apparaat kon 7-gats (4 en 3 sporen rond de s[sprocketrij) ponsband aanmaken met de onderstaande indeling.

    Fig 3: Indeling van de zevengatsponsband
    Fig 3: Indeling van de zevengatsponsband

Voor het uitlezen van de verzamelde informatie waren beschikbaar een gemodificeerde CREED High-Speed reperforator Model 25-Mk IV. Er was een kleine modificatie in de papierbandgeleiding van de CREED High-Speed reperforator aangebracht die het mogelijk maakte om zeven- en vijfspoors papierbanden tegelijk of afzonderlijk te ponsen. In Fig.3. is deze sporen-organisatie weergegeven. De sporen 3 t/m 7 kwamen ook in de 5-spoors band voor. Deze bevatten de informatiebits. De vijf informatiebits van de 7-bits of 7,5-bits Telex-signalen werden tegelijkertijd geponst. De tien informatiebits bij 12-bits telexsignalen konden niet tegelijk worden geponst. Er waren maximaal slechts zeven sporen beschikbaar. De tien informatiebits signalen werden daarom opgedeeld in twee groepen van elk vijf bits, die achtereenvolgens werden geponst.

Spoor 1 was gereserveerd voor nummermarkering. Op elk gewenst moment kon deze markering worden aangebracht d.m.v. een drukknopactie op het bedieningspaneel. De nummermarkering bestond uit vier bits, die geponst werden naast vier opeenvolgende karakters. Bij het 12-bits TELEX-signaal werd elk van deze vier markeringsbits geponst naast de tweede groep informatiebits van de vier opeenvolgende karakters. Allereerst werd er een gat geponst om het begin van de markering aan te geven (start bit). Daarna volgden de overige drie bits, die gezamenlijk een binair getal vormden. Na elk markeringsbevel werd het binaire getal opgehoogd.

Binair getal
000                 0
001                 0           0
010                 0       0
011                 0       0   0
100                 0   0
101                 0   0       0
110                 0   0   0
111                 0   0   0   0
looprichting ponsband

Indien er tijdens de verwerking van de ontvangen informatie iets bijzonders optrad kon men dit door middel van de markering in de ponsband aangeven. Met mogelijk een begeleidende notitie voor het aangegeven markeergetal.
Spoor 2 was gereserveerd om bij twaalf bits telexsignalen aan te geven of er “SCHUIF” was opgetreden. Indien dit optrad werd er in spoor 2 naast de eerste groep van vijf informatiebits (tien informatiebits totaal) een gat geponst. De informatie, die in de sporen 1 en 2 op deze wijze toegevoegd kon worden, maakte het ook mogelijk bij ontvangst van twaalf bits signalen de eerste groep van vijf informatiebits te onderscheiden van de tweede groep. Het kwam namelijk nog al eens voor dat slechts één van beide groepen bits informatie bevatte.

Met de HELL-schrijver (HELL-recorder RC 18 I, “Gerätsbeschreibung“ en modificatieblad PL 337 RVO-TNO: “Markering op HELL–tape“) wordt met behulp van een stift een inktstreep op een zich afrollende dunne papierband geschreven. Wanneer er een kleine wisselspanning met een frequentie van tussen de 500 tot 2000 Hz als input voor de HELL-recorder wordt aangelegd, wordt dit ingangssignaal als een zogenaamd “HOOG” signaal verwerkt.

Fig 4. Gemodificeerde HELL recorder
Fig 4. Gemodificeerde HELL recorder

Ook op de HELL-papierband werd er gemarkeerd:

  1. Dit is een overeenkomstige markering als bij de CREED-ponser gebruikt. Per markering werden er vier bits weergegeven. Een binair getal van drie bits, voorafgegaan door een start-bit. Ze werden op de HELL-papierband als dubbele streepjes (piekjes) weergegeven, welke binnen het tweede info-bit van vier opeenvolgende karakters vielen.

    dubbele streepjes (piekjes) op de HELL-band
    Dubbele streepjes (piekjes) op de HELL-band
  2. Nulset-markering. Wanneer de PUNCHROPHYL goed synchroon was ingesteld, trof men in het startelement van ieder geschreven karakter een enkel piekje aan. Liep de PUNCHROPHYL asynchroon met het binnenkomende signaal, dan werd het piekje op een willekeurige positie binnen de geschreven karakters weergegeven. In fig. 5a. is het herstel in synchronisatie weergegeven.

    Herstelsynchronisatie van de Punchrophyl
    Herstelsynchronisatie van de Punchrophyl

Bij een “LAAG” signaal zijn de markeringen “LAAG” en omgekeerd.

Ontvangen 7,5 –bits gebaseerde ontvangen telexberichten kon men uitlezen d.m.v. een normale telexblad-of bandschrijver.

De technische werking van de PUNCHROPHYL

Het signaalniveau voor de PUNCHROPHYL moest zich boven een minimum bevinden. Dit werd aangegeven met een elektronische indicator en een draaispoelmetertje. Bij een te laag niveau lichtte de elektronische indicator op. Voor een gunstig signaalniveau moest het draaispoelmetertje voor 80% uitslag worden ingesteld. Een te hoog niveau werkte vervorming in de hand. Het ingangsniveau was in te stellen met de R.F.-volumeregelaar van de radio-ontvanger. Het verdiende daarbij aanbeveling de A.F. volumeregelaar van de PHILIPS BX925 radio-ontvanger in de maximale stand te zetten. Daarbij werd het gebruik van de automatische volume afstelling (A.V.C.) niet toegestaan.

Signalen voor de PUNCHROPHYL hebben een SHIFT van 500, 1000, 1500 of 2000 Hz. Het radio FSK-signaal werd m.b.v. de beat-oscillator van de radio-ontvanger op de luisterfrequentie (AUDIO) ingesteld. De “SHIFT” werd als volgt ingesteld:

  • Met de BEAT-oscillator één van de beide signaaltonen zodanig instellen dat deze onhoorbaar werd.
  • De druktoets “TOON” op het besturingspaneel activeren. Een intern gegenereerde toon werd hoorbaar i.p.v. de signaaltoon.
  • Met de keuzeschakelaar  “FREQ.SHIFT” op het besturingspaneel een intern gegenereerde toon kiezen, welke het meest met de andere nog hoorbare signaaltoon overkwam. Van de beide ingangsfilters van de CONVERTER (zie fig. 4) had er één een vaste doorlaat voor 2750 Hz. Het andere filter was in te stellen voor een doorlaat van frequenties, die 500, 1000, 1500 of 2000 Hz lager liggen dan 2750 Hz.
    Daarna werd van de beat-oscillator het volume zodanig verhoogd dat de beide tonen op de juiste wijze gefilterd door de CONVERTER werden doorgegeven.
  • Op het bedieningspaneel bevonden zich twee elektronische indicatoren, die geheel oplichtten bij het verwerken van de beide juist ingestelde filtersignalen. Om de signalen in de juiste polariteit aan de PUNCHROPHYL aan te bieden was er een “INVERTEER” schakelaar aangebracht. Met deze “INVERTEER” schakelaar was ook de polariteit voor “IDLE TIME” signalen van 7 of 12 bits op de HELL-recorder op de juiste wijze weer te geven. Ook was het signaal te controleren op de STOP- en START-polariteit. Had het ingangssignaal de STOP-polariteit dan lichtte de linker indicator geheel op en was de rechter nagenoeg gedoofd. Het omgekeerde gold voor de START-polariteit.

Bij een “IDLE TIME” signaal kon een duurmeting in ms van de ontvangen tekens, een zogenaamde signaalmeting, worden uitgevoerd. M.b.v. een aantal schakelaars op het bedieningspaneel werd gedurende een aantal seconden de tijdsduur nodig voor een stroom van 10 tekens gemeten. Voor de volgende signalen gold een tijdsduur van: ca. 300 ms (12 bits tekenlengte), 155 ms (bij 7 bits) en 150 of 163 ms (bij 7,5 bits per teken). Met deze meetresultaten kon er met de PUNCHROPHYL worden bepaald welk type ingangssignaal er werd geregistreerd. Met het instellen van dit type signaal, b.v. een 7 bits signaal, met een keuzeschakelaar in de stand “METEN 7” en de actie “METEN” werd een deeltal bepaald, dat verscheen in de vier cijferbuizen op het bedieningspaneel met een nauwkeurigheid van 1 decimaal. Met behulp van druktoetsen “DEELTALINSTELLING” was dit deeltal in te stellen voor de PUNCHROPHYL. Met een serie indicatiebuisjes, gemerkt “SYNC”, op het bedieningspaneel was nu het synchronisatieproces voor het te ontvangen Telex-signaal optimaal ingesteld en te bewaken.

Met drie indicatoren en twee druktoetsen op het bedieningspaneel werd de nummermarkering voor de ponsband en de band van de HELL-schrijver geactiveerd. Na de actie met de druktoets “0-set” werd er met de druktoets “BEVEL” een binaire één (001) op de drie indicator-buisjes zichtbaar. Daarmee werd tegelijkertijd de markering in de ponsband of/en op de band van de HELL-schrijver aangebracht. De actie daarna met de druktoets “BEVEL” hoogde het binaire getal steeds op tot de maximale waarde (0-set) werd bereikt. Opmerking: hierbij moest de volumeregelaar van de HELL-schrijver op maximum en de schrijfstroomregelaar op minimum worden ingesteld.
 


Achtergrond: ponsband

De ponsband bestond uit een papieren band (strook), waarin de informatie gecodeerd in ronde gaatjes was geponst, geordend in vijf of acht rijen. Vanaf het begin van de jaren vijftig tot aan het eind van de jaren zeventig van de twintigste eeuw was het een wijdverbreid gebruikt computermedium voor zowel data- als programmatuuropslag. De ponsbandstrook was ongeveer 2 cm of 2,54 cm (inch) breed. De mechanische specificaties, waaraan zowel de niet geponste als geponste ponsband diende te voldoen, waren vastgelegd in de zogenaamde ECMA standaard 10 (ECMA-10). Deze standaard werd tot het midden van de jaren 70 van de twintigste eeuw bijgehouden.

8-gatsponsband verkrijgbaar in elke gewenste kleur
8-gatsponsband verkrijgbaar in elke gewenste kleur

In vijfgatsponsband werden de vijf informatiebits haaks op de band weggeschreven, drie aan de ene zijde en twee aan de andere zijde van de kleinere transportgaatjes (sprocket holes). Omdat vijf bits (gaatjes) te weinig waren voor dataopslag, werd de opslag op de ponsband later vergroot naar 8 gaatjes op rij (vijf en drie). In de achtgatstape werden de zogenaamde ASCII-tekens ofwel 6, 7 of 8 bits data geponst. Er waren vele coderingsmethoden in gebruik. Om fouten bij het ponsen en inlezen op te vangen, werd er soms een controlebit (pariteitsbit) aan toegevoegd. Dit speciale bit, opgenomen in één rij, zorgde ervoor dat de totale som per kolom oneven was. Het ponsband leesapparaat stopte als er een even aantal gaatjes werd gelezen. Het was dan aan de operator om de fout te constateren en door middel van een aantekening op het printverslag vast te leggen.