[01574945]融合电力线通信的LED智能照明与通信系统关键技术研究及产业化

1、课题来源与背景 课题为福建省科技厅高校产学研重大项目。研究在通信等半导体照明创新应用,开发出新一代智能照明与通信系统。 2、研究目的与意义 本项目具体开展新型半导体照明与通信双功能驱动电路与调光调制策略研究;开展宽带电力线通信与可见光通信融合技术研究。面向家居智能照明系统、智能网络的末端用户信息、移动设备与固定设备之间的宽带无线通信问题,针对室内可见光通信特点与宽带电力线通信特点,开展可见光信道建模与优化、LED匹配驱动、高效调制、广角接收、多用户接入等关键技术研究。项目完成可以对半导体照明产业和通信产业提升竞争力和提供新的经济增长点,对扩内需、调结构、惠民生具有重要战略意义。 3、主要论点与论据 （1）提出照明与通信双功能用白光LED高速驱动电路与调光调制技术。本项目基于电力电子学理论,提出一种数字控制的单位功率因数单级降压式LED驱动电路。采用AM+PWM+OFDM调光调制策略,既实现高效环保节能照明调光又实现宽带无线通信的要求。 （2）、提出一种宽带电力载波技术（BPL）和可见光通信技术（VLC）融合算法。在理论分析和研究过程,基于OFDM理论基础,提出一种提出融合电力线通信的可见光通信OFDM调制方法。本项目基于OFDM理论分析,提出了一种融合电力线网络变压器实现的OFDM可见光通信调制方法。 （3）提出一种双向可见光通信射频上行通信系统及方法;项目采用RT5350射频通信芯片构建射频上行通信方式。WIFI模块可以将接收到的以太网数据通过射频的方式发送出来,用户可以通过WIFI模块接入网络中,实现与互联网的通信。 （4）提出一种高性能价格比的可见光通信接收电路;本项目研究提出一种基于PIN光电二极管的高性价比接收电路模块方案。Pin光电二极管接收模拟电路主要由透镜、光电二极管、跨阻放大电路、低通滤波电路、后置放大电路以及单端转差分电路构成。透镜将光信号聚集到接收光电二极管上,从而有效地提高信号的强度,也即提高通信系统的信噪比。Pin光电接收管因其产生的光电流相对较小,仅几uA,故在光电接收后需要设计相应的信号放大电路。将放大后电压中的杂波滤除,得到的电压信号通过高频变压器进行单端信号转差分信号处理,最终经过滤波电路送入到接收系统主芯片MSE500芯片中处理。 （5）研制出低功率室内Table-FI产品,控制实现WIFI分配资源最大化; 充分利用室内光线的封闭性,实现WIFI资源专用性和资源分配利用最大化。室内Table-FI可缓解现有wifi间通信干扰严重的问题,提升单位面积内wifi的使用密度。 4、创见与创新 主要取得如下创新成果： 1、提出融合电力线的室内LED可见光高速数字通信系统结构; 2、提出照明驱动电路和AM+PWM+OFDM调光调制策略,实现数字控制照明与通信双功能用白光LED高速驱动照明系统; 3、研究宽带电力载波技术（BPL）和可见光通信技术（VLC）信道融合的传输模型; 4、研究宽带电力载波技术（BPL）和可见光通信技术（VLC）物理层集成技术; 5、研究双向通信上行射频通信系统及方法; 6、研制照明调光、宽带载波技术（BPL）和可见光通信技术（VLC）三者融合集成控制系统; 7、样机系统研制与性能调试,通过了中检所第三方的测试与验证; 5、社会经济效益和存在主要问题 实际样机系统性能指标如下： （1） 照明调光节能最大效率：95% （2） 照明调光率：10-100% （3） 传输距离大于1米时速率不低于10Mbps; （4）光源辐射角度不小于30度; （5）支持视频、音频、数据等业务;通信动态自适应; （6）申请专利6项,授权3项;发表论文9篇; 通过本项目培养硕士生4名,博士生两名和相关人员专业技术培训。 本项目计划从2014年3月开始,并于2017年11月完成。2014年完成 主要设计工作,2016年进入试产试销,2016年末转产进入批量生产。 从2014年开始,随着新一轮半导体照明产业高速增长和各地政府对于节能与新型智能照明系统的大力推广,以及福建省亿力网络信息设备公司大量 的市场推广工作,2016年底将有样机以及小规模的试销订单,计划完成销售 额40万元。2017年随着客户数增加和规模的扩大,市场需求量将快速上升, 预计可试销1万台,销售额400万元。 主要存在问题： （1）由于上行采取射频无线通信方式,安全性方面需要进一步加强研究; （2）现有灯具没有考虑通信应用,今后进一步研究融合照明与通信的灯具设计; （3）进一步研究设定单颗灯具VLC通信最佳覆盖范围,提高抗干扰能力和通信可靠性