河南省重大科技专项项目可行性实施报告.docx

河南省重大科技专项项目可行性实施报告.docx

《河南省重大科技专项项目可行性实施报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河南省重大科技专项项目可行性实施报告.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

河南省重大科技专项项目可行性实施报告

省重大科技专项项目

一、概述

2003年6月，由国家科技部牵头成立了“国家半导体照明工程协调领导小组”，拉开了国LED照明产业的序幕。

国家相继出台了“LED照明节能产业发展意见”等政策，开展“十城万盏”项目，全面推动国半导体LED照明产业的发展与应用。

本项目技术，是在LED照明基础上，将需要传输的数据信息以调制技术的方式，加载到LED光源，使LED照明光源既能照明，又同时承担信息传输的载体，实现无电磁辐射、无污染的绿色照明与通信，即无线光通信。

如果加载网络信息，则可实现Wi-Fi的功能，因采用LED照明光源为信息载体，也称为Li-Fi。

LED光源具有节能、环保、寿命长、体积小、无毒无害的特点，是新一代环保光源，已逐渐成为主流照明光源，目前国年市场规模接近千亿元人民币，且每年以30%的速率增长。

同时，LED照明兼做通信光源，可实现有照明就有信息通信的环境；虽然无线电通信为人们带来许多方便，从而得到广泛应用，但无线电信道频段拥挤的问题日显突出，其受波长、体积、重量、功耗、频谱许可等方面的限制，也限制了其传输速率和容量。

而在半导体LED照明系统中，融入可见光波段的无线光通信，则是实现高速大容量无线通信接入网络的最佳方案，且无线光通信不产生电磁辐射，也不受电磁干扰，在半导体照明节能、减排等优势基础上，在通信技术上也实现了绿色环保。

国家科技部和国家发改委于2004年制订了研究与开发融入可见光通信（VisibleLightCommunicationVLC）技术的LED照明系统的发展规划，每年投入的科技专项经费3-5千万元，且每年持续增加。

由于LED照明铺设广泛，各种需要传输的信息，如各种监控、智能化城市建设管理、个人通信信息等，都可通过LED照明兼通信产品方便地实施传输，因而可以方便地构建成物联网络，实现宽带信息传输，弥补无线电通信的不足。

VLC具有一系列技术优势：

VLC具有和现有Wi-Fi同样方便的特点，无论室或室外，有LED照明，就有VLC，实现数据传输与信息交换，且VLC不产生电磁辐射，也不受电磁干扰，因而可应用于无线电通信不能应用的环境；

VLC可克服下一代5G通信基站覆盖能力不足的问题，特别是像小区类居住区，人口密度大，对流量需求大的场所，VLC可弥补无线电通信网络覆盖能力不足的缺陷；

VLC比之无线电移动通信，更节能环保；

VLC具有比Wi-Fi更强的保密性能，因而可用于众多保密通信场所。

因此，研发LED照明+Li-Fi技术，将确立我省在LED照明融合可见光通信技术上的技术优势，在国处于领先，达到国际先进，可以抢占技术和市场先机，并带动我省的相关技术产业，获得直接经济效益和社会效益。

本项目企业在现有半导体照明技术基础上，充分发挥半导体LED照明的多功能效益，进一步研发融入宽带可见光通信技（VLC）术的半导体LED照明器件与系统，并推广应用，将其实现产业化推广，实现“有LED照明，就有通信”的新型照明技术融合先进光通信技术的产业目标，抢占高端技术产品先机，填补国LED照明技术融入无线光通信技术的工程应用空白，具有重要社会效益与重大经济效益。

二、技术情况

（一）国外技术现状简述

●国外技术现状

处于半导体照明LED专利主导地位的厂商有Nichia、ToyodaGosei、CREE、PhilipsLumileds、Osram等知名企业。

外国LED照明起步早，在材料、封装、工艺上仍处于垄断地位。

90年代，日本制造商成功开发出蓝光LED，进而于1996年研制出白光LED，从而使得LED的用途从最早的信号指示逐渐拓宽到普通照明等应用领域。

1998年，日本通产省出台第一期《21世纪光计划》，让全球首度关注LED，并且其政府还通过财政补贴、税收优惠和贷款优惠等政策刺激LED技术的发展。

2005年，美政府推出《下一代照明计划》对LED行业实施税收优惠。

而洛杉矶大规模的LED街道照明改造工程促进了LED路灯的使用。

在LED照明融合可见光通信（VLC）方面，2000年，日本的KEIO大学的研究者们对可见光通信进行了研究，获得了数据率、误码率以及接收功率等之间的关系。

2008年，日本可视光迅联盟（VLCC）在九十九里海滩进行了利用灯塔上的LED作为发射机的可见光通信实验，实验距离2000m，传输速度1022bit/s。

2010年，VLCC利用LED交通灯作为发射机，实现了距离300m、速率4800kbit/s的通信实验。

韩国在可见光通信方面也进行了研究。

2006年他们用7个LED和一个光电接收器实现了12cm10Mb/s传输速率的LED光通信，且误比特率小于

，该实验证明了LED通信的可行性。

在改进发射电路和发射光路后，光通信距离可以增加到90cm，传输速率提高到20Mb/s，并为无误码传输。

欧美等国也开展了研发半导体照明融入可见光通信技术。

德国、英国、荷兰等科研机构均做出不少研究。

2006年，德国不莱梅国际大学对OFDM调制方式应用于VLC进行了研究，特别是对OFDM中的峰均比问题进行了理论分析和实验研究。

2007年，牛津大学的Brien小组通过多谐振均衡技术将LED调制带宽提高到25MHz，在一定程度上解决了LED光源可调制带宽窄的问题。

2008年，美国政府为推进VLC技术，资助成立“智能照明通信”（SLC）项目。

2012年，德国海因里希赫兹通信工程研究所利用DMT技术和WDM技术，实现了1.25Gbit/s的传输速率。

●国技术和产业状况

我国的LED照明技术日益普及，目前主要应用集中在商务领域与公共设施领域。

LED作为新一代环保光源，具有节能、环保、寿命长、体积小、无毒无害等优点。

2003年6月，由科技部牵头成立了“国家半导体照明工程协调领导小组”，拉开了国LED照明产业的序幕。

国家相继出台了“LED照明节能产业发展意见”等政策，开展“十城万盏”项目，推动国LED照明的发展，在半导体照明融合VLC技术研发方面，国家科技部于2004年即启动科技专项，投入的研发资金每年递增。

省2014年成立了VLC融合LED照明产业联盟，省也在规划VLC与LED照明融合技术科技项目。

近几年，国对VLC融合白光LED照明技术的研发取得突破性进展。

国光电子技术领先的华中科技大学长期研究与研发融合VLC的LED照明技术与产品，本项目申报单位—***光电科技股份有限公司与华中科技大学合作，研发出了多终端VLC+LED照明接入网络系统技术，获得或申请了国家发明专利，已研发出功能样机，处于国领先；此外，复旦大学、工程大学、大学、燕山大学、邮电大学也有研究工作者从事VLC研究，并取得了一定成果。

2013年，复旦大学计算机科学技术学院利用室可见光成功传输网络信号，实验室传输速率达到3.25Gbit/s。

本项目申报单位——***光电股份有限公司已独立研发出半导体照明系列技术产品，2015年1月已在新三板上市。

针对VLC融合LED照明技术，研发的目标是直接面向工程应用，面向市场，取得经济效益和社会效益，目前，和华中科技大学展开全方位合作，不久即将推出VLC+LED照明的规模产品，计划在路灯、广场、酒店大厅以及室布局VLC+LED照明系统，试点应用，有望在国率先实现有LED照明+VLC、实现节能环保的照明加通信的应用平台。

****，在提高LED照明技术产品的可靠性方面做了大量卓有成效的工作，就LED照明产品性能上，已经赶上或接近国外先进的LED照明产品。

而且，***公司后来居上，和华中科技大学开展深入和长期合作，成立了“LED先进照明技术与可见光通信（VLC）集成技术研发联合共建实验室”，在国率先研发LED照明融合可见光通信工程技术和产品，不久即将规模化推广应用，处于同行业技术水平前列。

（二）项目符合国家和省产业政策简述

我国致力于发展半导体产业已经多年，国家国务院于本世纪初就开始倡导发展我国的半导体技术与产业。

早在2003年6月，由国家科技部牵头成立了“国家半导体照明工程协调领导小组”，拉开了国LED照明产业的序幕。

国家相继出台了“LED照明节能产业发展意见”等政策，开展“十城万盏”项目，全面推动国半导体LED照明产业的发展与应用。

不到十年，国的半导体照明企业迅猛发展，目前，国LED照明产业的发展已达到可取代传统照明的规模。

2004年，国外开始研究与研发LED照明融合VLC的器件与系统技术，并试图推广应用。

国家科技部和国家发改委并于2004年制订了开发融入可见光通信（VisibleLightCommunicationVLC）技术的LED照明系统的发展规划，每年投入的科技专项经费3-5千万元，且每年持续增加。

我省位于国中原地区，交通发达，交流方便，是我国的文化、经济技术发展中心，近几年，与国家发展半导体照明以及VLC技术的科技与产业政策相呼应，省各级科技部门在半导体LED照明技术产品的支持力度不断增加，设立了相关重大专项和各类科研项目，极大地推动了我省的高端LED照明技术及产业发展，***光电科技股份有限公司生产的大功率LED照明产品已经在省外应用，市场产品网络可方便地辐射全国各地。

因此，发展我省的大功率智能化LED照明集成VLC技术产品，既符合国家的科技产业政策，又满足我省LED技术产品需求和占领国市场甚至国际市场的需求，发展本项目技术、推动其产业化，将获得显著社效益与经济效益，研发本项目技术具有深远的战略意义和重要的现实意义。

（三）项目创新性

本项目研发的技术及产品在国处于领先，达到或接近国际先进水平。

其创新性主要有以下几方面：

1）国外尚无VLC的工程应用系统，本项目在LED照明技术基础上融合VLC，伴随节能环保的绿色照明，同时实先Wi-Fi功能，自主研发LED照明+VLC系统原创技术，属于系统创新。

2）本项目解决了VLC的一系列光链路技术问题，自主研发出高抗干扰收发一体化光学天线，是技术创新。

3）本项目研发出LED照明+VLC系统，在VLC系统上采用WDM技术，成功实现了WI-Fi功能，属于引进消化再创新。

4）本项目将LED照明+VLC大围多场景试点应用，并实现产业化目标，获得极大社会效益与经济效益，属于应用创新。

（四）知识产权状况

本项目研发的技术全部具有自主知识产权，研发的技术已经申请国家发明专利3项，后续将继续申请国家发明专利5项。

此前，已经在半导体照明技术研发中，获得国家授权发明专利2项，使用新型专利3项。

（五）项目实施的必要性及对产业的带动作用

本项目必要性及对产业的带动作用体现在以下几方面：

1、国家在发展半导体照明与可见光通信的指导思想非常明确。

国务院于十多年前就已制定发展半导体照明技术产业政策，同时也制订了基于半导体LED照明的可见光通信技术的战略性政策及发展策略，国家科技部与发改委每年投入的有关LED照明+VLC技术的科研项目与产业化项目的经费逐年增加，鼓励与扶持研究研发LED照明+VLC技术，形成国的自主知识产权，并希望在VLC的应用方面走在世界前列，率先占领LED照明+VLC产业的国外市场。

2、LED照明集成VLC技术产品产业化前景宽广，具有巨大的市场规模。

目前，LED照明已呈取代传统照明的趋势，每年的市场份额达到千亿元，且仍以每年30%的比例递增；基于LED照明的VLC系统技术产品具有和LED照明同等市场规模，发展VLC并推广应用，可进一步拓展LED照明市场，二者互相促进，并进发展。

目前，LED照明融合VLC技术的产品尚没有规模化投入市场，正是发展本项目技术产品的大好时机。

***率先突破LED照明集成VLC的关键技术，处于国领先，可抢占国甚至国外的市场先机，为我省取得重大社会效益与经济效益。

3、LED照明融合VLC技术产品具有一系列优势

本项目研发的LED照明+VLC系统具有网络通信接入功能，只要使用LED照明，就可方便地实施各种信息的传输与通信，完成Wi-Fi的网络通信功能。

行业中称VLC为Li-Fi。

VLC具有和现有Wi-Fi同样方便的特点，无论室或室外，有LED照明，就有VLC，实现数据传输与信息交换，且VLC不产生电磁辐射，也不受电磁干扰，因而可应用于无线电通信不能应用的环境；

VLC可克服下一代5G通信基站覆盖能力不足的问题，特别是像小区类居住区，人口密度大，对流量需求大的场所，VLC可弥补无线电通信网络覆盖能力不足的缺陷；

VLC比之无线电移动通信，更节能环保；

VLC具有比Wi-Fi更强的保密性能，因而可用于众多保密通信场所。

因此，研发LED照明+VLC技术，将确立我省在LED照明融合可见光通信技术上的技术优势，在国处于领先，达到国际先进，可以抢占技术和市场先机，并带动我省的相关技术产业，获得直接经济效益和社会效益。

4、应用需求围宽广

LED照明市场规模巨大，各个行业的照明需求均已由传统的照明转向LED照明，而无线电Wi-Fi应用虽然得以普及，但对于下一代5G通信网络，由于其基站密集度大量增加，原有Wi-Fi对人口密集区域的覆盖已不能满足需求，且无线电频谱资源已非常拥挤，密集的基站势必造成信道间的严重干扰。

而VLC则完全弥补了Wi-Fi的不足，因此，在5G通信网络系统中，VLC将表现出强大的技术优势，获得广泛应用；另外，VLC传输链路既无电磁辐射，也不受电磁干扰，在电力部门或高压区域、雷击长发的存在严重电磁辐射的区域，Wi-Fi无能为力，而VLC则将获得独一无二的市场；而在学校、各种广场、各种会议室，只要采用LED照明，即可使用VLC，具有十分优异的方便可靠特性，可和LED照明同步进入应用市场。

5、LED照明集成VLC可带动一大批相关技术产业

近20年来，全球光电子产业突飞猛进，获得极大发展。

国的光电子产业尤其发展迅速，市场规模逐年扩大。

本项目技术产品直接面向用户，处于光电子产业链的关键之处，LED照明本身处于半导体照明的核心，集成VLC技术，涉及的相关产业有LED照明光源、光学模组、机械加工、光电技术测试等，集成VLC技术形成产品后，涉及的产业有LED光源、光电探测器、光学滤波器等光电子器件，还有通信电子、电子电路制造制造、机械加工、光机电一体化等，因此，开展本项目技术研发，一方面可带动光源、光电子器件、电子元器件、机械制造与加工等多项产业发展，另一方面，还可带动通信技术、网络终端技术的发展与提升。

三、实施方案

（一）技术路线、研究开发容和产业化目标

●技术路线

本项目旨在原有LED照明和无线光通信技术基础上，进一步研究与研发LED照明与VLC集成器件与系统技术，解决LED照明与VLC集成的关键技术难题，在2年，推广应用LED照明技术与VLC技术集成的产品。

根据目前的研究与研发基础，本项目技术原理与拟采用的技术路线如图1所示

图1a技术原理

光信道分析与建模

LED照明驱动设计

LED照明与VLC调制集成

VLC光学发射天线设计

VLC高效调制编码设计

VLC网络接入技术

VLC光学接收天线设计

VLC光信号处理

VLC均衡设计

LED照明与VLC兼容设计

光机电一体化结构设计

多终端网络通信设计

系统测试与联调

VLC高谱效率复用技术

图1b项目研究技术路线

拟解决的关键技术问题与项目技术创新点

1）、LED调制带宽受限与宽带网络通信技术

由于照明LED不同于专门通信用LED，其实际物理带宽不超过10MHz，而本项目研究与研发的VLC系统，数据传输带宽达到100Mbps以上，直接调制显然不能实现宽带接入网络数据传输。

为此，本项目研发一直基于多载波调制的VLC技术，并实现该技术的工程应用。

拟研究与研发不同调制编码格式对VLC的传输效果。

重点突破正交频分复用（OFDM）与QAM混合调制技术，在照明LED仅5MHz带宽的基础上，实现近500Mbps的数据传输，拓展了LED谱利用率，从而提高了传输效率。

OFDM信号的频谱结构如图2所示。

调制

图2OFDM频谱示意图

调制编码实施方案如图3所示。

图3调制编码的实现方案

2、VLC多径信道MIMO技术

VLC是在LED照明基础上实施宽带网络通信，而可见光通信存在多径传输效应，极大地影响通信质量，多径干扰严重时甚至不能实施数据的可靠传输。

针对VLC的信道特点，本项目研究信道建模技术，并合理实施光学结构设计，结合多载波调制编码技术，研发一种适合于VLC的MIMO通信技术，并通过信号处理与信道均衡，去除MIMO各子信道的相关性，从而达到提高系统抗多径干扰的目的，提高可靠性。

3、照明与VLC集成技术

只有在LED照明基础上实施VLC，才有实际工程意义与市场价值。

而LED照明驱动基本上是恒定方式，实施数据传输不能影响照明效果，亦即在照明LED实施数据传输，不能产生光照起伏，不能出现闪烁，本项目研究的LED照明与VLC集成技术，研发照明驱动与调制编码隔离技术，并将照明驱动与调制编码有效集成，既保证照明的稳定性，又实现宽带数据的可靠传输，这是本项目创新技术之一。

4、非定向光学天线技术

合理设计光学天线，是保证VLC稳定可靠的根本。

LED可视为朗伯光源，如图4所示，其光照覆盖围遵从朗伯原理。

光接收机光学天线宜设计成非定向方式。

本项目在此前研发的多单元光学收发一体化技术的基础上，进一步优化设计方案，减小多单元之间的串扰，提出并研发基于微光学技术的光学天线，在各光学单元，形成带通特性，并结合多载波MIMO信道技术，实现VLC抗外界干扰的优良特性，并保证系统结构的灵活小巧，体积小，重量轻，实现真正意义上的绿色照明与节能、环保通信。

多单元光学接收方案如图5所示。

图4LED光源覆盖示意图图5微光学多单元光学接收方案

5、VLC接入网络技术

本项目研发的LED照明与VLC集成系统，旨在实现基于网络的数据交换与数据传输。

本项目提出并研发一直基于光交换的网络多终端接入技术，结合波分复用（WDM）与时分复用，首先采用光学方法实现多终端接入，再结合先进路由算法，实现网络多终端业务传输，系统小巧灵活，可靠实用。

网络终端顶层模块设计方案如图6所示

图6顶层模块设计方案原理

●研究容

本项目在继续发展大功率LED智能照明技术的基础上，研究与研发LED智能照明融合可见光通信（VLC）接入网络器件与系统技术，实现哪里有LED照明、哪里就有宽带网络的通信环境。

针对ＬＥＤ照明与可见光网络通信的特点，研发LED照明+VLC的系统关键技术，包括提高LED谱利用率技术、高调制带宽技术、LED照明与VLC融合技术，宽带VLC系统先进光学设计技术、高效率光调制发射、高可靠性光接收技术等。

具体研究容包含：

●LED照明+可见光通信（VLC）光学兼容技术；

●LED照明与VLC驱动集成一体化技术；

●LED高效调制编码技术；

●基于网络数据交换的LED照明+VLC无线光通信接入技术；

●可见光无线通信信道建模技术；

●LED照明+VLC光通信光学设计技术；

●VLC光发射技术；

●VLC终端技术；

●VLC网络接入光接收均衡技术；

●VLC系统光机电可靠性技术；

●VLC系统测试技术；

●VLC性能评估技术。

●VLC试点应用平台建设。

●VLC产业化工程应用推广规划。

●项目的产业化目标

本项目争取在3年，在现有LED照明产业化规模基础上，研发LED照明+VLC技术，解决产业化的关键技术问题，在现有LED照明生产规模基础上，一半以上照明设备配置VLC系统，在路灯、会议室、家庭、广场等多环境试点应用，实现新增产值3亿元人民币的产业目标，并在原LED照明的EMC模式下，进一步推行LED照明+VLC的EMC模式，为国家节能减排做出更大贡献，率先在国推出工程应用LED照明+VLC系统，取得市场先机，同时获得社会效益和经济效益。

（二）组织实施方案。

本项目总体方案思想：

在***光电科技股份有限公司原有LED照明产业规模基础上，进一步研发新技术，新产品，拓展原有市场规模，在LED照明系统中融合VLC技术，在国取得技术和产业领先，为国家和省获得显著社会效益和经济效益，争取在项目执行3年，实现企业新增产值3亿元。

具体实施方案为：

●立足自主创新，研发新技术与新产品，设计全新的LED照明+VLC技术产品。

●解放思想，吸收国外先进技术，充分调研技术与市场，在项目执行期间，完成LED照明+VLC产品的全部技术研发，并试点应用，实现本项目的经济与技术指标。

●继续和国光电子技术领先的华中科技大学展开深入合作，研发LED智能照明+VLC关键技术，力争国领先、国际先进。

●推广应用。

在原有LED照明市场模式基础上，拓展LED照明+VLC技术产品的应用围，并将本项目技术产品推向如电力、机场、保密通信等特殊应用领域，让国感受本项目技术产品的优势与潜力。

实现技术与经济指标，项目完成3年，实现新增产值3亿元，同时，实现本项目的社会效益与经济效益。

（三）产品市场调查与竞争能力预测

目前，LED照明技术产业规模还远不能满足国市场需求，我国地大物博，幅员广阔，对LED照明产品的需求量呈与日俱增的局面。

近三年来，LED照明产品已经广泛用于光场、路灯、商场、办公室以及家庭装饰，甚至遍及到个人照明（手电筒或多种微型照明产品），我国每年在LED照明产品的市场份额达到千亿人民币以上，且仍旧呈现增加的趋势。

据不完全统计，我国每年路灯照明市场约为数百亿，商场与办公照明约为50亿，城市家庭装饰照明约30亿。

其中，大功率LED照明约占一半以上的市场份额。

我国目前尚有许多省市地区的照明仍旧是传统照明产品，将逐步被具有节能环保等优良特性的LED照明产品取代，这将意味着国对先进LED照明技术产品的需求还会进一步增长。

伴随着半导体照明产品的普及，VLC具有巨大市场，在下一代5G通信系统规划中，由于传输的信息量激增，现有模式难以覆盖，使得基站数目大幅度增加，成本也将大幅度增加，而在LED照明产品基础上，集成VLC系统，则可很好地解决5G移动通信存在的网络覆盖能力不足的问题，且VLC环保节能，不产生电磁辐射干扰，

虽然国已有众多LED照明产品生产厂家，但可提供大功率、高质量、长寿命LED照明产品的厂商为数不多，而具有技术实力和技术保障生产大功率、智能化LED照明产品的厂家就更少。

***光电科技股份有限公司在大功率LED照明散热处理方面有独特技术，且已经申请了国家发明专利；电源驱动不仅稳定可靠，还开发了智能化驱动电源产品，也申请了国家发明专利；而早在去年，省光电产品技术测试中心就落户***光电科技股份有限公司，该测试中心现已配备了全套先进的测试设备，具备了对大功率智能化LED照明技术产品以及其它光电产品的测试条件和测试能力。

因此，***光电科技股份有限公司大功率LED照明产品在国市场具有强有力的竞争优势，未来2年，公司产品将占领国一般左右的市场份额。

而且，***光电科技股份有限公司致力于研发新技术，新产品，目前，与国在光电技术处于领先水平的华中科技大学合作，开展研发LED照明兼宽带无线光通信信技术产品，这在国属于领先，将率先占领大功率智能化LED照明兼无线光通信产品市场，产生巨大的经济效益和社会效益。

我省目前已有部分地区的路灯照明和家庭装饰照明采用了LED照明产品，且有相当地区使用的是我公司生产的大功率LED照明产品。

近两年，***光电科技股份有限公司生产的大功率LED路灯照明产品已经在我省市、***市等地区得到应用，取得了很好的效果。

根据我省的照明产品现状，下一步将推行LED照明技术取代传统照明产品，我省对先进的大功率智能化LED照明需求量正稳步上升，个性化、智能化的LED照明技术产品也将逐步普及推广，而先进的LED照明+VLC无线光通信技术产品还将进入信息化市场。

我省位于国中原地区，交通发达，交流方便，是我国的文化、经济技术发展中心，对推广我省的高端LED照明技术产品极为有利，我公司生产