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1 成果簡介隨著我國經濟的高速發展和人民生活水平的提高，環境污染、疾病監測、食品安全等民生熱點日益受到人們的關注。如何對上述問題進行簡單、快速的監控，將一些危害降至最低，保障人民生活和生產，這就需要一種可實時實地檢測、操作簡便的多應用傳感器件。 表面等離子體波（ SPP）傳感器是一種基于光學檢測的傳感器件，被廣泛用于藥物篩選、食物檢測、環境監測和細胞膜模擬等方面。相對于目前常見的化學、電子、力學等傳感器，SPP 傳感器擁有實時檢測、無需標記、對被檢測物無損害、探測方法簡單等眾多優點。為了降低成本、 穩定性能、減小體積，集成型 SPP 傳感器件的成為了現今研究熱點。然而現有的集成型 SPP 傳感器件普遍存在靈敏度低，探測范圍小等問題，限制了其應用的推廣。 課題組從 2006 年開始合作從事集成型 SPP 傳感器件研究，在清國家 973 項目、自然科學基金重點項目、教育部清華大學自主研究項目等項目資助下， 創新性提出一種基于 SPP-介質波導異質垂直耦合器的可集成生化傳感芯片，并對傳感芯片的傳感特性和應用進行了深入研究和探索。芯片的特點和性能如下：可集成，芯片體積小，可與便攜設備集成；可批量生產，價格低廉；靈敏度較傳統的集成型 SPP 傳感器件高出一個數量級；可實現對傳感區域的精確或者大范圍調節；可實現對納米量級大小的物質的探測；傳感性能穩定，應用領域廣泛。上述優點表明該芯片可以工廠大批量生產經營，也可以用于實驗室的科研研究，在化學，生物，醫學等多 個領域均有應用價值。查新表明，國內外目前尚未發現有相似原理的器件。 圖 1 (a) 集成型 SPP 傳感芯片與一元硬幣尺寸對比圖 (b) 傳感芯片的顯微鏡照片2 應用說明可集成型 SPP 生化傳感芯片在實驗室經多次驗證，可以實現對折射率液體以及納米級薄層物質的高靈敏探測，并初步應用于對雙酚 a（簡稱 BPA，一種塑料生長常用原料，每年生產將近 2700 萬噸含 BPA 的塑料類物質， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的檢測。實驗結果表明，該芯片對于 BPA 的探測極限濃度可以達到 0.1ng/ml （歐盟公布食品準則中水含有BPA 的最高濃度為 1ng/ml）。3 效益分析由于目前國內尚無同類產品， 而且此產品在疾病檢驗，環境監測，藥品鑒別等多個領域具有應用價值， 因此本儀器具有較大的市場推廣空間。本傳感芯片價格低廉，使用簡便，對樣品無二次污染，性能穩定，甚至對納米量級的生化小分子探測均具有高靈敏度，相對于其他類型的傳感器件， 具有明顯的經濟和技術優勢。

成果描述：本發明申請要解決的問題是，改進預測技術，提高預測準確度。本專利利用高階馬爾科夫模型的原理提出HM-gMTD模型的一種改進，即高階HM-gMTD模型，并通過EM算法給出相應的參數估計方法和相應的計算方法，并能夠快速進行參數估計，以提高模型預測的準確度。市場前景分析：預測模型的發展在人類的經濟生活方面發揮著重要的作用，尤其是馬爾科夫模型，幾乎在各個領域都有著非常廣泛的應用。本發明著重混合轉移分布模型與高階隱馬爾科夫模型的巧妙結合，構造出高階HM-gMTD模型，然后運用EM算法，對新模型實現了主要參數的求解。最后為了衡量一個模型的好壞和對不同的模型進行比較，我們選擇準則函數。模型比較的最佳準則函數，既考慮到模型對原始數據的擬合程度，又兼顧模型中所包含的待定參數的個數，并且對二者做出合理的權衡。與同類成果相比的優勢分析：本發明主要是針對HM-gMTD模型的進一步改進，提出一個高階HM-gMTD模型，使其在降低計算的復雜度的同時，提高預測的準確性。

成果介紹寬帶化移動信息服務成為現代信息社會發展的基本需求。在頻率資源日趨匱乏的條件下，如何大幅度提升其使用效率，成為寬帶移動通信的核心技術問題。 本技術發明揭示了多天線寬帶移動通信環境下的容量可達傳輸為特征模式傳輸，在攻克了廣義多載波、普適多天線傳輸以及雙渦輪迭代接收等一系列關鍵技術的基礎上，率先將寬帶移動通信容量逼近理論與技術推向工程實踐和規模產業化應用，關鍵技術指標處于業界領先水平。相關提案被3GPP國際標準化組織采納，并獲通信國際學術界有重要影響的IEEE通信理論萊斯最佳論文獎。技術創新點及參數1、廣義多載波傳輸技術：為解決寬帶化所引發的系統復雜性，發明了廣義多載波傳輸技術，經典的正交頻分復用多載波技術為其特例。具有快速實現、頻譜利用率高、抗多徑能力強、峰均比低、對頻偏不敏感、子載波可異步運用等一系列優點，適應大范圍覆蓋和無線資源的靈活調配。 2、普適多天線傳輸技術：采用多天線的MIMO 傳輸技術是大幅度提高頻譜和功率效率的基本途徑。針對普遍意義上的空時聯合相關信道模型，發明了普適MIMO 傳輸技術，通過信道特征的實時感知及在線容量估算，自適應地優化發送機與接收機，在實時逼近信道容量限的同時，解決了一直困擾業界的MIMO 技術在各種復雜無線環境中的應用難題。 3、雙渦輪迭代接收技術：逼近容量限的接收技術是業界長期追求的目標。發明了雙渦輪迭代接收技術，通過雙層并發迭代環路，對多載波、多天線接收機進行整體優化，在獲得逼近容量限接收性能的同時，突破了計算復雜度及處理延時等方面的應用瓶頸。市場前景本發明被應用于華為公司的3G 增強及演進型寬帶主力基站產品，已在世界五大洲20 余個國家投入商用；本發明還被應用于展訊公司終端芯片產品及瀚訊公司寬帶無線應急通信系統等。本發明已累計產生了近10 億元直接經濟效益，并在世博安保及汶川抗震救災中發揮了重要作用。本發明所涉及的18 篇技術提案被3GPP 主流國際標準化組織采納，相關成果在IEEE 核心刊物發表，并被歐洲標準化組織ETSI 叢書收入。 有關寬帶移動通信容量逼近研究成果“寬帶多載波普適MIMO傳輸與迭代接收技術”獲2009年教育部高等學校技術發明一等獎，并于2011年獲國家技術發明一等獎。

成果介紹“衛星與無線通信融合系統研發及產業化”就是由東南大學、南京中網衛星通信股份有限公司和江蘇大學三家單位合作完成。衛星通信具有覆蓋廣和不受地域限制的優勢，但是受到遮擋以后，信號就會不好，而且通信的成本太高，2M帶寬每小時就要花費幾千元。而隨著3G、4G的普及，地面無線通信已經發展得相當完善，但是在地面基站未覆蓋區域，或基站一旦受到洪水、臺風、地震等自然災害破壞時，就無法通信了。正是基于這兩個通信系統的特點，我們‘取長補短’，巧妙地將兩種通信系統融合起來，研制完成的系統可以根據不同策略自適應地選擇地面通信鏈路或衛星鏈路”技術創新點及參數他和團隊成員克服了很多困難，提出了多項獨創性的方法，目前已申請國家發明專利40項（其中24項已經獲得授權），編制國家標準3項，發表國內外核心期刊論文61篇（其中SCI收錄16篇）。項目研制的衛星與無線通信融合系統實現了規模產業化，部分性能指標處于國際領先水平，并在氣象、安監、環保和軍隊等諸多行業得到極其廣泛的應用，得到了政府有關部門和客戶的一致好評。市場前景目前本項目的產品已經應用到全國26個省市的18個行業。其中，氣象和安監市場占有率達到70[%]，環保市場占有率達到60[%]。產品曾為“神舟系列”飛船的發射和回收提供氣象保障，為汶川地震、雅安地震和甘肅舟曲特大泥石流等提供了應急通信服務，為上海世博會和深圳大運會等重大活動提供了氣象保障和視頻直播服務。產品已經實現直接銷售收入8.3億元，產生的間接經濟效益數百億計。

本項目產品屬于無線通信技術領域，基于可見光通信技術，設計開發了一種海陸空全覆蓋的高速通信產品，本產品能夠在射頻信號可以或不可以到達的場景下實現遠距離、低延時的高清音視頻或大容量數據的傳輸，提出了面向國家海洋戰略、民用監測技術的全新通信解決方案。 產品簡介：我們的可見光通信系統是一種新興的空間無線通信設備，它在隧道監測、礦道勘探、水下養殖環境監測和水下通訊等領域優勢明顯，將發揮重要作用。從技術層面來看，鑒于光波頻段大的天然優勢，它的頻段資源是無線電的100多倍，完全可以彌補如今無線電資源匱乏的問題；從實際應用上來看，光在黑暗環境與水中受外界影響小，抗干擾能力強，可以解決所有無線電與聲波無法到達的地方的通信問題，并且傳輸速度比聲波快上數百倍；從安全性來說，光波具有良好的方向性，當光信號被第三方攔截時，接收方能及時發現通信鏈路故障，更加易于保密。 技術壁壘：自主研發設計的水下可見光通信系統，水下實際傳輸速度可達1Mbps以上，支持音視頻、大量傳感信息實時傳輸，相比市場其他同類產品，碾壓式的“高速”是我們的核心競爭力。并且，本產品采用自主研制的高性能垂直結構LED，也是目前世界上已報道的最薄垂直結構LED，完美解決了散熱高、出光效率低的問題。擁有相關自主知識產權的授權專利20余項，做到了“國際一流，國內領先”的水平。 市場行情：反觀近年來的市場行情，高亮度照明LED的推廣和普及為可見光通信技術創造了重大發展機會。日本啟動的“21世紀照明計劃”、美國能源部的“下一代照明計劃（NGLI）”以及歐盟的“彩虹計劃”，都極大推動了LED照明市場在全球規模的迅速增長。中國跨部委的半導體照明工作小組啟動了“國家半導體照明工程”。隨著LED性能的不斷提升，可見光通信作為空間無線通信技術的一種，將扮演越來越重要的角色。

相關成果已獲授權發明專利4項（其中國際發明專利1項）、實用新型專利兩項，已申請發明專利8項。獲中國僑界貢獻獎（創新成果）、江蘇僑界貢獻獎（創新成果）、第十三屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽團體二等獎、第八屆全國研究生電子設計大賽全國總決賽“團體特等獎”、第十四屆中國國際工業博覽會高校展區優秀展品二等獎等多個獎項。2015年4月榮獲第43屆日內瓦國際發明展特別金獎。

綜觀5G、智能化電子設備、導航定位、柔性可穿戴、RFID、物聯網、覆蓋系統、通信系統等領域，都需要不同類型的高性能換能器件─天線。對于不同的應用體系、不同的頻段，天線具有不同的形貌及技術特征。隨著以上多種應用日益緊密地融入人們的生活之中，多功能調控管理一體化技術研究的深入，對于這個基本器件的需求在數量上和質量上都有著持續不斷增長的需求。團隊具有從設計理念到器件材質選取/研發系列自主知識產權國家發明專利100多項，具有按合作方需求完成多種交叉應用的按需新產品研發天線及相關產品能力，兼顧系統EMC集成化的設計，完成一體化智能化的高端裝備制作。 天線是應用面極為廣泛、技術含量極高的產品，制作各類天線的材料小型化后用量有限，本身價格一般不超過成品售價十分之一，既可以通過購置知名品牌的基材滿足常規需求，也可以通過本團隊聯合的研究團隊按需開發特種基材，獲取更高的天線特性。從投資的角度，天線批量制作工藝要求并不復雜，采用常規具有一定精度的機械加工設備或者高穩定度的PCB制版設備就可以完成平面小型化天線，設備壽命較長，在高科技設計技術的保障下操作調控也很方便。扣除產品的后期包裝和推廣成本，利潤極高，需求量大，保守估計各種類別的天線年產值都會在數千萬以上，前端創新的可以有數億，屬于低投入高回報的產業。 項目投資額視合作關系而定，一般前期投入每個特需專項前期 100~150萬人民幣，后期再追加及提成(不包括廠房等投入)。

一種基于折射率漸變型環芯光纖的模分復用光纖通信系統

此項目具有面向城市交通信號控制裝備的“軟件和信息服務業”特征的技術屬性。即城市交通信號自組織控制理論與裝備開發技術。 為解決傳統自上而下的城市交通信號控制方法帶來的理論難題（如圖所示）: (1)動態特性的非線性、 (2)狀態參數的時變性、(3)系統邊界的開放性、(4)動力系統的高階性、(5)相鄰路口的耦合性、 (6)信號控制的實時性等系統屬性，造成的無法實現實時性控制的難題。 為此，針對具有復雜系統特征的城市交通信號控制問題，項目在國內首次提出“城市交通信號自下而上自組織控制理論”（如圖2所示）。即通過賦于相鄰路口的自組織屬性，可大幅度減少其控制系統自由度和復雜性。在快速、實時控制的假設前提下，使其信號控制由原來的開放性、大自由度、不確定性問題，改變為非開放性、小自由度、確定性問題。

非線性失真是5G通信系統和其他新興多載波通信系統的主要失真來源，而數字預失真代表著線性化方法發展趨勢。目前，數字預失真方法均采用了對非線性器件輸出信號的包絡特性進行直接線性化的簡單思路。由于有源非線性器件（如射頻功放）存在最大輸出功率的限制，故此種原理的線性化算法在高能信號區會造成輸出有效增益的明顯下降，也就是難以同時滿足低功率損失和高線性化效果的要求。這不但造成了低下的電源利用效率，并且造成我國對進口大功率射頻器件的依賴。 針對5G通信非線性失真研究的理論空白，申請人率先完成了非線性失真信號微觀分析法，首次揭示了億萬個隨機交調項間的定量關系，推導出了系統參數和非線性頻譜間簡潔的多項式表達關系，并將仿真速度提高1100倍。針對目前射頻電路預失真方法的原理性缺陷，申請人建立的多級精細化數字信號預失真方法實現了在低功率損耗的條件下取得高度線性化效果，此方法可提高功放的功率利用率，降低我國對大功率射頻功放的進口依賴。