वायरलेस सेट नंबर 10

ब्रिटिश सेना का वायरलेस सेट, नंबर 10, दुनिया का पहला माइक्रोवेव रिले टेलीफ़ोन  सिस्टम था। इसने दो स्टेशनों के बीच आठ पूर्ण-द्वैध (दो-तरफ़ा) टेलीफोन चैनल प्रसारित किए, जो केवल  दृष्टि रेखा  द्वारा सीमित थे। लाइन-ऑफ़-विज़न, अक्सर के आदेश पर 25 to 50 miles. स्टेशनों को अत्यधिक मोबाइल ट्रेलरों में रखा गया था और अगले स्टेशन पर छत पर दो परवलयिक एंटीना को लक्षित करके बस स्थापित किया गया था।

1940 में दो प्रमुख तकनीकों की शुरुआत के साथ मूल अवधारणा संभव हो गई: गुहा मैग्नेट्रॉन, जिसने उचित दक्षता के साथ माइक्रोवेव सिग्नल का उत्पादन किया; और  पल्स कोड मॉडुलेशन  (पीसीएम), जिसने मैग्नेट्रॉन पर सिग्नल को एन्कोड करने का एक आसान तरीका पेश किया। चूंकि उपलब्ध बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) अधिक था, आठ चैनलों को  समय विभाजन बहुसंकेतन  का उपयोग करके एक लिंक में जोड़ा गया था।

1941 और 1942 में सिंगल-डुप्लेक्स (वन-वे) सिस्टम के साथ शुरुआती प्रयोग किए गए, जिन्होंने बुनियादी अवधारणा का प्रदर्शन किया। उस समय तक, एक पूर्ण-द्वैध प्रणाली के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स में सुधार की अनुमति दी गई थी। लंबी दूरी की प्रणाली का परीक्षण 1942 में शुरू हुआ और इसके बाद पानी के ऊपर परीक्षण किया गया। प्रणाली 1944 में सेवा के लिए तैयार थी, और डी-डे संचालन के लिए सैन्य-गुणवत्ता वाले सेट उपलब्ध थे। सीमा पर्याप्त थी कि इसका उपयोग डी-डे समुद्र तटों से अंग्रेजी चैनल के पार वापस इंग्लैंड तक सुरक्षित संचार प्रदान करने के लिए किया गया था। सिस्टम को ट्रेलरों को एक साथ जोड़कर या मौजूदा लैंडलाइन के माध्यम से एक रिले में विस्तारित किया जा सकता है, और ऐसा करने में सीमा को अंततः जर्मनी में विस्तारित किया गया था। फील्ड मार्शल बर्नार्ड मोंटगोमरी बाद में टिप्पणी करेंगे:

By using a chain of No. 10 Set Stations, I was able to maintain my tactical HQ as far forward as I did and still have contact with London. The value of being able to retain personal contact over my Armies in these circumstances cannot be overestimated.

रेडियो टेलीफोनी
द्वितीय विश्व युद्ध से पहले रेडियो पर टेलीफोन वार्तालाप प्रसारित करने के लिए कई प्रणालियाँ थीं, लेकिन वे सभी समान समस्याओं की एक श्रृंखला से पीड़ित थीं।

पहला यह था कि लंबी दूरी के संचरण को प्राप्त करने के लिए, इन प्रणालियों को किलोहर्ट्ज़ रेंज में अपेक्षाकृत कम आवृत्तियों या कुछ हद तक लंबी तरंग आवृत्तियों पर काम करना पड़ता था जो कि योण क्षेत्र  का लाभ उठाकर उनके संकेतों को  skywave  कर सकते थे। कुशल होने के लिए एक रेडियो एंटीना को तरंग दैर्ध्य के परिमाण के एक क्रम के भीतर होना चाहिए, और व्यवहार में, अक्सर सटीक आकार का होता है $1/undefined$ वेवलेंथ एक अर्ध तरंग द्विध्रुव बनाने के लिए। इस प्रकार, इन प्रणालियों में बहुत बड़े एंटेना का उपयोग किया गया था। एक अन्य संबंधित रेडियो भौतिकी प्रभाव ऐन्टेना की प्रत्यक्षता है, इसकी एक बीम में सिग्नल बनाने की क्षमता है। यह ऑप्टिकल संकल्प से संबंधित है, जो ऐन्टेना के बढ़ते आकार के साथ बेहतर होता है, और बढ़ती तरंग दैर्ध्य के साथ घट जाता है। उपयोग किए जा रहे संकेतों की अपेक्षाकृत लंबी तरंग दैर्ध्य ने ध्यान केंद्रित करना कठिन बना दिया, और कई मामलों में ऐसे संकेतों को ओमनी- या अर्ध-दिशात्मक रूप से प्रसारित किया गया। इसका मतलब यह था कि संकेत जमीनी स्टेशनों द्वारा प्राप्त किए जा सकते थे, कभी-कभी हजारों मील दूर, हस्तक्षेप के लिए अग्रणी। सुरक्षित सैन्य संचार के लिए, ऐसी प्रणाली में स्पष्ट कमियां थीं।

अंत में, एक रेडियो सिग्नल द्वारा ले जाई जा सकने वाली जानकारी की मात्रा इसकी बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) का एक कार्य है। लंबी दूरी की टेलीफोन बातचीत 4 किलोहर्ट्ज़ बैंडविड्थ के साथ काम कर सकती है, लेकिन 150 किलोहर्ट्ज़ पर यह उपलब्ध सिग्नल की काफी बड़ी मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है। ऐन्टेना और रिसीवर डिज़ाइन के आधार पर, आवृत्तियों का प्रसार जो कुशलतापूर्वक प्राप्त किया जा सकता है, लिंक को एक या दो वार्तालापों तक सीमित कर सकता है। इन सभी समस्याओं को कम तरंग दैर्ध्य में जाने से कम किया जाता है। तत्काल पूर्व-युद्ध युग में नए वेक्यूम - ट्यूब ों के साथ काफी प्रयोग किया गया था जो अति-उच्च आवृत्ति (वीएचएफ) बैंड में काम कर सकते थे। एटीएंडटी ने इनमें से कई प्रयासों का नेतृत्व किया, जिसमें 150 मेगाहर्ट्ज पर चलने वाली प्रणाली भी शामिल है। इसने सिग्नल को अधिक मजबूती से केंद्रित करने की अनुमति दी, और बढ़ी हुई बैंडविड्थ ने मौजूदा लैंडलाइन नेटवर्क में मल्टीप्लेक्स संचार कॉल के लिए उपयोग किए जाने वाले समान उपकरण का उपयोग करके सिग्नल पर एक दर्जन लाइनों को ले जाने की अनुमति दी। इस शुरुआती समय में भी, बेल लैब्स ने नोट किया कि सिस्टम सेंटीमीटर तरंग दैर्ध्य में बहुत अधिक प्रभावी होगा, और  हॉर्न एंटीना  का उपयोग करके एक सिस्टम का एक चित्रण तैयार किया जो सैकड़ों कॉल ले सकता था। युद्ध की शुरुआत से आगे के प्रयोगों पर रोक लगा दी गई।

माइक्रोवेव विकास
राडार के विकास के हिस्से के रूप में, द्वितीय विश्व युद्ध के शुरुआती वर्षों में माइक्रोवेव-फ्रीक्वेंसी इलेक्ट्रॉनिक्स और तकनीकों का तेजी से विकास हुआ। प्रमुख अग्रिमों में से एक 1940 में कैविटी मैग्नेट्रॉन की शुरूआत थी।

माइक्रोवेव में तीव्र रुचि का एक कारण एंटीना के आकार का मुद्दा था; VHF क्षेत्र में, रडार एंटेना लगभग मीटर लंबे थे, जिससे उन्हें रात के लड़ाकू विमानों पर उपयोग करना मुश्किल हो गया। इसके विपरीत, मैग्नेट्रॉन ने 9 सेंटीमीटर की तरंग दैर्ध्य का उत्पादन किया, जिसमें एंटेना की लंबाई आधी थी। इसका मतलब यह था कि वे एक रात सेनानी  के नाक क्षेत्र में आसानी से फिट हो सकते थे। एक साधारण अर्ध-तरंग द्विध्रुव में थोड़ी सी दिशा होती है, लेकिन एक बार फिर लघु तरंग दैर्ध्य ने एक उपयुक्त ध्यान केंद्रित करने की व्यवस्था के रूप में मदद की, जो लगभग एक मीटर चौड़ी परवलयिक व्यंजन का उपयोग करके बीम की चौड़ाई को लगभग 5 डिग्री तक कम कर देता है। इसने प्रणाली को नाटकीय रूप से अधिक उपयोगी बना दिया; न केवल रेडियो ऊर्जा को एक छोटे से क्षेत्र में केंद्रित किया गया था और इस प्रकार अधिक मजबूत प्रतिबिंब उत्पन्न किए गए थे, बल्कि उन प्रतिबिंबों को लक्ष्य पर इंगित करने के लिए परावर्तक को स्थानांतरित करके अंतरिक्ष में सटीक रूप से स्थित किया जा सकता था।

संचार में मैग्नेट्रॉन की क्षमता को शुरू से ही समझा गया था, लेकिन इस भूमिका में, इसमें एक महत्वपूर्ण समस्या थी। युग के अधिकांश रेडियो सिस्टम में, ऑडियो सिग्नल और रेडियो फ्रीक्वेंसी कैरियर सिग्नल अलग-अलग उत्पन्न होते हैं और फिर एक आयाम संग्राहक सिग्नल उत्पन्न करने के लिए मिश्रित होते हैं जो तब संचरण के लिए प्रवर्धित होता है। इसके लिए एक एम्पलीफायर की आवश्यकता होती है जो कम से कम ऑडियो सिग्नल की बैंडविड्थ जितनी बड़ी आउटपुट आवृत्तियों की एक श्रृंखला का उत्पादन कर सके। मैग्नेट्रॉन इसकी अनुमति नहीं देता है; यह एक एकल आवृत्ति उत्पन्न करता है जो इसके भौतिक निर्माण पर निर्भर होता है, जो इसमें ड्रिल किए गए छेदों की संख्या और आकार द्वारा परिभाषित होता है। एक अलग सिग्नल का उपयोग करके आउटपुट को संशोधित करने का कोई तरीका नहीं है।

पीसीएम
1937 में, अंग्रेज इंजीनियर एलेक रीव्स ITT Inc.|IT&T की पेरिस प्रयोगशालाओं में काम कर रहे थे, जब उन्हें पल्स-कोड मॉड्यूलेशन (PCM) का विचार आया। इस अवधारणा में, एनालॉग वेवफॉर्म को स्पंदों की एक श्रृंखला से पुनर्निर्मित किया जाता है, जिसकी चौड़ाई उस पल में आयाम को परिभाषित करती है। मूल एनालॉग सिग्नल को फिर से बनाने के लिए ऐसी दालों की एक श्रृंखला को फ़िल्टर में भेजा जाता है। जब मई 1940 में जर्मन सेना ने फ्रांस पर आक्रमण किया, तो रीव्स इंग्लैंड लौट आए, और PCM अवधारणा को तुरंत कई भूमिकाओं के लिए चुना गया। PCM एक मैग्नेट्रॉन का उपयोग करके ट्रांसमिशन के लिए लगभग पूरी तरह से मेल खाता था और तकनीक इंग्लैंड में उसी तरह पहुंची जैसे पहले उत्पादन मैग्नेट्रोन वितरित किए गए थे। जबकि मैग्नेट्रॉन को आयाम या आवृत्ति में सुचारू रूप से संशोधित नहीं किया जा सकता था, इसे बहुत तेज़ी से चालू और बंद किया जा सकता था; यह वह गुण है जो इसे रडार के लिए उपयोगी बनाता है जहां छोटे स्पंद वांछनीय होते हैं। संचार करने के लिए, मूल ऑडियो सिग्नल को पीसीएम एन्कोडर में भेजा गया था जिसका स्पंदित आउटपुट तब बढ़ाया गया था और मैग्नेट्रॉन को बिजली की आपूर्ति के रूप में उपयोग किया जाता था। नतीजा ऑडियो सिग्नल का प्रतिनिधित्व करने वाले माइक्रोवेव दालों की एक श्रृंखला थी। रिसेप्शन पर, दालों की श्रृंखला को एक सर्किट में भेजा जाता है जो प्राप्त कुल ऊर्जा को औसत करता है, आउटपुट के लिए ऑडियो को पुन: उत्पन्न करता है।

चूंकि 9 kHz सैंपलिंग समय की तुलना में पल्स काफी कम थे, इसलिए अधिकांश सिग्नल खाली थे। दूसरे पीसीएम एनकोडर का उपयोग करके और इसके दालों को थोड़ा विलंबित करके इसका आसानी से लाभ उठाया जा सकता है ताकि इसके संकेत पहले के बाद भेजे जा सकें। इसने एक ही कनेक्शन में कई संकेतों को बहुसंकेतन करने की समस्या को हल किया। पहले, टेलीफोन प्रणालियों ने आवृत्ति विभाजन बहुसंकेतन  के साथ इसे पूरा किया, प्रत्येक चैनल को एक अलग वाहक आवृत्ति द्वारा स्थानांतरित किया ताकि वे सभी एक ही समय में उसी तरह प्रसारित किए जा सकें जैसे कि कई रेडियो स्टेशन विभिन्न चैनलों पर एयरवेव साझा कर सकते हैं। चूंकि मैग्नेट्रॉन अपनी आवृत्ति को नहीं बदल सकता था, जो कि इसके भौतिक निर्माण पर आधारित है, यह तकनीक काम नहीं करेगी। पीसीएम के साथ, संकेतों को आवृत्ति के बजाय समय में फैलाया गया था, जिसे मैग्नेट्रॉन द्वारा आसानी से नियंत्रित किया गया था। यह नंबर 10 को दुनिया का पहला टाइम-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग (TDM) सिस्टम बनाता है।

1941 में पेश किया गया पहला वैचारिक डिजाइन, एक पारंपरिक रेडियो सेट की तरह एकल चैनल आधा दुमंजिला घर सिस्टम के लिए था, जहां कनेक्शन के दोनों छोर पर उपयोगकर्ताओं को बारी-बारी से बोलना पड़ता है क्योंकि वे एक ही चैनल साझा करते हैं। जैसे-जैसे विकास जारी रहा, दो बारीकी से दूरी वाली माइक्रोवेव आवृत्तियों को साफ-साफ अलग करने में सक्षम सटीक फिल्टर विकसित किए गए। इसने एक नए संस्करण का नेतृत्व किया जो अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम दिशाओं के लिए अलग-अलग आवृत्तियों का उपयोग करता था, पूर्ण-द्वैध संचालन की अनुमति देता था, हालांकि छोटे नकारात्मक पक्ष के साथ दो मैग्नेट्रोन और एंटेना की आवश्यकता होती थी। यह कोई कठिन परिवर्तन नहीं था; हाल ही में शुरू की जीएल Mk. III राडार ने ट्रांसमिशन और रिसेप्शन के लिए अलग-अलग व्यंजनों का भी इस्तेमाल किया और इसे आसानी से अनुकूलित किया गया।

सेवा में
पहला प्रायोगिक सेट जुलाई 1942 में आया और लंदन के बेकर स्ट्रीट पर हॉर्शम और बर्कले कोर्ट के बीच दो-चरणीय लिंक पर इस्तेमाल किया गया। दक्षिण तट पर आइसल ऑफ वेट और बीची हेड पर वेंटनोर के बीच ओवरवाटर परीक्षण किया गया। 1944 की शुरुआत में एक उत्पादन आदेश भेजा गया था।

पहला परिचालन उपयोग डी-डे के तुरंत बाद हुआ जब बीची हेड पर ट्रांसीवर Cherbourg  में चला गया। जैसा कि मित्र राष्ट्र यूरोप में आगे बढ़े, दो नंबर 10 ट्रेलरों को पारंपरिक टेलीफोन वायरिंग के साथ एक के बाद एक जोड़कर पुनरावर्तक बनाए गए, जिससे संदेशों को लंबी दूरी तक प्रसारित किया जा सके। जहां लंबी दूरी की लैंडलाइन उपलब्ध थी, इनका इस्तेमाल स्टेशनों के बीच संपर्क बढ़ाने के लिए किया जाता था।

परिणाम लैंडलाइन और नंबर 10 सेट का एक नेटवर्क था जो अंततः जर्मनी से वापस लंदन तक फैला हुआ था। अप्रैल और मई 1945 में, सात रिपीटर्स के एक नेटवर्क ने 21वें आर्मी ग्रुप को इसके विभिन्न फील्ड मुख्यालयों से जोड़ा। सेट बेहद सफल रहे। संपूर्ण युद्ध के दौरान, फील्ड मार्शल बर्नार्ड मोंटगोमरी मुख्यालय ने कुल एक घंटे के लिए लंदन के लिए एक सीधी लाइन खो दी।

युद्ध के बाद की डीब्रीफिंग में, जर्मन रेडियो इंजीनियरों ने दावा किया कि वे ब्रिटिश संकेतों को आसानी से प्राप्त करने में सक्षम थे। इन दावों की सावधानीपूर्वक जांच से पता चला कि नंबर 10 संचार को न केवल कभी इंटरसेप्ट नहीं किया गया था, बल्कि जर्मन इसके अस्तित्व से पूरी तरह अनजान थे।

युद्ध के बाद
युद्ध के बाद की अवधि के दौरान, क्लीस्टरोण  ट्यूब में भी सुधार हुआ और यह एक उपयोगी प्रणाली बन गई। मैग्नेट्रॉन के विपरीत, क्लाइस्ट्रॉन एक सच्चा प्रवर्धक है, जो आवृत्तियों की एक श्रृंखला में कम-शक्ति इनपुट सिग्नल को स्वीकार करता है और फिर इसे बहुत अधिक शक्ति पर आउटपुट करता है। इसने फ्रीक्वेंसी डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग का उपयोग करके संचार प्रणालियों का निर्माण करने की अनुमति दी। चूंकि यह पहले से ही समाक्षीय केबल कनेक्शन के साथ उपयोग के लिए टेलीफोनी में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता था, इसलिए बेल लैब्स ने अपने TD-2 नेटवर्क के लिए इस समाधान का चयन किया जो 1950 के दशक के प्रारंभ में और बाद के 1950 के दशक के दौरान कई अन्य देशों में संयुक्त राज्य भर में बनाया गया था।

इसके विपरीत, नागरिक उपयोगों के लिए चुने जाने से पहले PCM का उपयोग ज्यादातर सैन्य भूमिकाओं में किया जाता था। इसके सबसे उत्साही उपयोगकर्ताओं में सामान्य डाकघर  था, जो उस समय यूके में लंबी दूरी की कॉलिंग सेवाएं चलाता था। उन्होंने पीसीएम-आधारित प्रणालियों की एक श्रृंखला पेश की जो लंबी दूरी के लिंक को और अधिक दूर करने की अनुमति देती थी क्योंकि वे बहुत कम सिग्नल स्तरों के साथ भी दालों की मूल श्रृंखला को साफ-सुथरा बना सकते थे। 1968 में कंपनी ने पहला ऑल-पीसीएम डिजिटल एक्सचेंज शुरू किया, जब तक वे ग्राहक के  टेलिफ़ोन एक्सचेंज  तक नहीं पहुंचे, तब तक कोई एनालॉग सिग्नल नहीं था।

तकनीकी विवरण
सिस्टम की जटिलता ज्यादातर पीसीएम एन्कोडिंग से संबंधित थी। सिस्टम 9 kHz पर साइन लहर  के रूप में मास्टर क्लॉक सिग्नल पर आधारित था। साइन वेव को एक सॉटूथ वेव उत्पन्न करने के लिए ट्यूबों की एक श्रृंखला में संसाधित किया गया था, जो तब ऑडियो सिग्नल द्वारा गेटिंग (दूरसंचार) कर रहा था। जब सॉटूथ का वोल्टेज ऑडियो सिग्नल के वोल्टेज से ऊपर होता है, तो एक आउटपुट पल्स उत्पन्न होता है - ऑडियो सिग्नल का वोल्टेज जितना अधिक होता है, उस स्तर के ऊपर सॉटूथ की चौड़ाई उतनी ही कम होती है, और पल्स कम होता है। अंतिम आउटपुट संदर्भ आवृत्ति पर दालों की एक ट्रेन थी, प्रत्येक पल्स की चौड़ाई ऑडियो सिग्नल वोल्टेज के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

पूरे सिस्टम में इनमें से आठ नमूने थे, जिन्हें उस समय विभाजक के रूप में संदर्भित किया गया था। प्रत्येक आउटपुट 3.5 µs तक की पल्स देता है। प्रत्येक नमूने में एक निश्चित विलंब जोड़ा गया था, जैसे कि चैनल 2 की पल्स चैनल 1 से एक के बाद लगभग 5 μs आउटपुट थी। इसके परिणामस्वरूप मास्टर घड़ी के एक पूर्ण चक्र में दालों की एक श्रृंखला बन गई। घड़ी की वसूली  की अनुमति देने के लिए चैनल 1 के सामने 20 μs का एक अलग सिंक पल्स जोड़ा गया था। एन्कोडर्स से पल्स चेन को बढ़ाया जाता है और ट्रांसमिशन मैग्नेट्रॉन को भेजा जाता है जो चयनित आवृत्ति पर दालों का उत्पादन करता है।

रिसेप्शन ज्यादा आसान है; घड़ी को सिंक सिग्नल से निकाला जाता है और प्रत्येक चैनल को सिंक के सापेक्ष निश्चित समय पर सैंपलिंग द्वारा अलग किया जाता है। स्पंदों को लो पास फिल्टर  में फीड किया जाता है जो सीधे मूल श्रव्य संकेत उत्पन्न करते हैं।

बाकी प्रणाली अपेक्षाकृत सरल है। मैग्नेट्रॉन आउटपुट किसके सामने एक द्विध्रुव एंटीना को भेजा जाता है 2 m व्यास परवलयिक परावर्तक। रिसेप्शन के लिए पहले के बगल में एक दूसरा रिफ्लेक्टर एंटीना लगाया गया था। मूल मार्क I इकाइयों ने 4550 या 4760 मेगाहर्ट्ज पर अपस्ट्रीम सिग्नल भेजे, जबकि रिसीवर 4410 और 4888 मेगाहर्ट्ज के बीच की पूरी रेंज के प्रति संवेदनशील था। मार्क II इकाइयों ने इसे 4480 और 4840 में स्थानांतरित कर दिया। ट्रांसमीटरों का उत्पादन आमतौर पर 100 और 400 mW के बीच था।

रेंज सामान्य रूप से के क्रम में था 20 miles, लेकिन कभी-कभी ठीक हो जाता है 50 miles. आम तौर पर, आठ टेलीफोन चैनलों में से केवल सात का उपयोग किया जाएगा, स्टेशन पर ऑपरेटरों के उपयोग के लिए या बैकअप के रूप में एक मुफ्त छोड़कर।

सिस्टम को अपेक्षाकृत छोटे चार-पहिया ट्रेलर में शीर्ष पर एक टर्नटेबल पर एंटेना के साथ रखा गया था। इसे 100 से 250 वोल्ट की किसी भी मुख्य आपूर्ति द्वारा संचालित किया जा सकता है। मार्क I इकाइयां ट्रेलर के एक छोर पर लगे दो ओनान 3 केवीए जनरेटर का उपयोग करके आत्म-शक्ति भी कर सकती हैं, जबकि मार्क II बैकअप के लिए एक अन्य ओनान जनरेटर के साथ एक पीई 95 10 केवीए जनरेटर का उपयोग करता है।

बाहरी संबंध

 * Wireless Set No.10