Feasibility study about maritime data transfer through lighthouses using optical error correcting and detecting techniques

Abstract

The goal of this thesis is to use existing maritime navigation lights to transmit data to multiple ships at once. Since the light source may rotate, have blinking patterns, or be obstructed by waves, vessels can not receive a continuous stream of packages. Only when the photo detector sees the light, packages can be received. This led to the use of LT codes (fountain codes). The receiver is then able to collect any sufficient amount of packages and still decode the original message. In order to strengthen the signal against interference LDPC codes (error correcting codes) and CRC codes (error detecting codes) are added as well. Those three representatives of their respective categories are going to be tested in various configurations in order to explore their combined or single effects on bit error ratios and decoding times. It was found out that using the symbiosis between Fountain codes and error detecting codes, we can achieve really low bit error ratios while at the same time keeping computational needs at a minimum. For better results at really low SNR’s, error correction codes can be added, resulting in better BER but an increase in decoding time.

Ziel dieser Abschlussarbeit ist es schon vorhandene Navigationslichter aus der Schiffahrt zur Datenübertragung an eines oder mehrere Schiffe gleichzeitig zu nutzen. Da diese Lichtquellen sich häufig drehen, blinken oder durch hohe Wellen kurzzeitig blockiert werden, können Schiffe keine durchgängig andauernde Verbindung aufbauen, um kontinuierlich Daten zu empfangen. Aus diesem Grund schauen wir uns LT Codes (Fountain Codes) an. Durch sie kann der Empfänger zu beliebigen Zeitpunkten genügend Datenpackete einsammeln, um die originale Nachricht zu dekodieren. Um die Übertragung gegenüber Störungen zu stärken werden LDPC Codes (Error-Korrektur-Codes) und CRC Codes (Error-Erkennungs- Codes) verwendet. Diese drei Vertreter ihrer jeweiligen Code-Kategorien werden in verschiedenen Konfigurationen getestet, um ihren Effekt allein oder untereinander auf die Datenübertragung, in Bezug auf Fehlerraten und Dekodierzeiten, zu testen. Es stellte sich heraus, dass mit Hilfe eines Fountain Codes und eines Error-Erkennungs-Codes sehr niedrige Error Raten erzielt werden können, bei denen gleichzeitig die Rechenintensität möglichst niedrig gehalten wurde. Für noch bessere Fehlerraten kann ein Fehler-Korrektur-Code hinzugefügt werden, welcher allerdings die Dekodierzeit, bzw. die Rechenintensität erhöht.