4G關鍵技術及其在中國的專利申請量分析

陳少蓓

摘 要：本文首先介紹了4G的三種關鍵技術，隨后分析在中國申請的三種關鍵技術對應的專利申請量、以及申請量的國別統計，由此得到，雖然在我國的專利申請中，國內申請人占多數，但其他國家申請人在外國申請專利的現象非常普遍，旨在鼓勵廣大科技工作者提高自身的知識產權保護意識，將自己的勞動成果轉化為能夠創造價值的知識產權，進而促進我國的科技創新和社會進步。

關鍵詞：4G OFDM 智能天線 MIMO 專利

中圖分類號：G306 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0030-03

2013年12月4日下午，中華人民共和國工業和信息化部（下稱“工信部”）向中國移動、中國電信、中國聯通等三家運營商正式發放了第四代移動通信業務牌照（即4G牌照）。一時間，人們對4G的討論也進入了頂峰。時隔半年多，2014年6月27日，工信部在其官方網站上發布消息，正式批準了中國聯通和中國電信在重慶、上海等16個城市開展TD-LTE/FDD-LTE混合組網測試。這意味著，中國聯通和中國電信也會加大對于4G網絡的投入，努力爭奪4G市場。4G網絡能夠給終端用戶帶來了高速率、高質量、高靈活性等用戶體驗，人們不禁會問究竟何為4G？

4G，指的是第四代移動通信技術，國際電信聯盟（ITU）定義的4G標準為達到100M傳輸數據的速率，即只要達到這個標準的通信技術，理論上都可以稱為4G。由于帶寬的限制，目前的運營商很難達到上述速率要求，現有的4G主要指LTE（Long Term Evoluttion）技術，該技術包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，由于其沒有達到ITU對4G通信技術的速率要求，因此也可以說目前的4G還只是3.5G。

現有的4G系統是集合了多種先進的技術的系統，究竟4G系統的關鍵技術有哪些？其在中國的專利申請量如何？申請的國別分布如何？下面筆者就對上述幾個問題進行簡單的分析。

1 4G的關鍵技術

1.1 OFDM

OFDM技術可以看成是由傳統的頻分復用技術（FDM）發展而來的。OFDM最核心的思想是采用并行傳輸技術降低子路上傳輸的信號速率，使得OFDM符號長度比系統采用間隔長很多，從而極大地降低了時間彌散信道引入的符號間干擾（ISI）對信號的影響。OFDM系統將寬帶信道轉化為許多并行的正交子信道，從而將頻率選擇性信道轉化為一系列頻率平坦衰落信道，在頻域內僅需簡單的一階均衡器。OFDM系統的子載波間隔已達最小，所選擇的子載波間隔使得不同子載波上的波形在時域上相互正交且在頻域上相互重疊，不同子載波間不需要保護間隔，最大化了系統頻譜效率。

1.2 智能天線

智能天線原名自適應天線陣列（AAA，Adaptive Antenna Array），最初應用于雷達、聲納等軍事等方面。智能天線成形波束能在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內有用的信號，這種技術既能改善信號質量又能增加傳輸容量。

智能天線的工作方式主要有兩種，全自適應方式和基于預多波束的波束切換方式。全自適應智能天線雖然從理論上講可達到最優，但相對而言各種算法均存在所需數據量、計算量大，信道模型簡單，收斂速度較慢，在某些情況下甚至可能出現錯誤收斂等缺點，實際信道條件下當干擾較多、多徑嚴重，特別是信道快速時變時，很難對某一用戶進行實時跟蹤。正是在這一背景下，提出了基于預多波束的切換波束工作方式。此時全空域（各種可能的入射角）被一些預先計算好的波束分割覆蓋，各組權值對應的波束有不同的主瓣指向，相鄰波束的主瓣間通常會有一些重疊，接收時的主要任務是挑選一個（也有可能是幾個，但需合并后再輸出）作為工作模式，與自適應方式相比它顯然更容易實現[1]。

1.3 MIMO

多入多出（MIMO）技術，即利用多根發射天線和多根接收天線進行無線傳輸的技術。由于電磁環境較為復雜，多徑效應、頻率選擇性衰落和其他干擾的存在，使得實現無線信道的高速數據傳輸比有線信道傳輸難。通常多徑效應會引起衰落，被視為有害因素。但對于MIMO系統來說，多徑效應可以作為一個有利因素加以利用，因 MIMO系統在發射端和接收端均采用多天線和多通道，多輸入和多輸出針對多徑無線信道而言的。MIMO系統的原理圖如圖1 所示，其傳輸信息流S（k）經過空時編碼形成N個信息子流CN（k），這N個子流由N個天線發射出去，經空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收利用先進的空時編碼處理就能夠分開并解碼這些數據子流，從而實現最佳的處理。特別是這N個子流同時發送到信道時，各發射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發射和接收天線間的通道響應獨立，則MIMO系統可以創造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，在不占用額外的帶寬，也不消耗額外的發射功率的情況下，利用MIMO技術可以成倍地提高系統傳輸容量，大大提高了頻譜利用率[2]。

2 4G關鍵技術在中國的專利申請量分析

我國對4G技術研究可以追溯到2001年“國家863計劃”啟動了面向后三代/四代的移動通信發展研究技術即未來通用無線環境研究計劃（簡稱FuTURE計劃）開始。經過14年的發展，4G從技術向產品轉化，經過系統集成，產品開發等環節，終于迎來了商用階段。作為技術發展的方向標的專利申請文件，也體現了業界對于最新技術的研究方向。因此，筆者分析了2001年以來4G關鍵技術在我國的專利申請量，也希望通過對上述專利申請量的分析，提示廣大研發人員和相關企業提高專利保護的意識，通過知識產權的武器來提高自身的國際競爭力。當然，4G網絡中還有很多其他關鍵技術，由于篇幅所限筆者在本文中的分析也只是起到拋磚引玉的作用，對于其他關鍵技術不再一一進行分析。

2.1 OFDM

（1）OFDM技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量（見圖2）。endprint

從上述申請量圖可以看出，最初的4年基本沒有專利申請量，隨著4G技術研究的深入，申請人從2005年開始逐漸在我國申請專利，到2009年達到頂峰。由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）OFDM技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖3）。

從上述國別統計圖可以看到，就OFDM技術而言，國內申請人還是占多數達到54%，緊隨其后的專利申請量美國占13%，日本占11%，韓國7%，瑞典5%，其他國家和地區的僅占總量的10%。上述統計圖反映了國內申請人占大多數外，還反映了世界通信行業企業也大多分布在美國、日本、韓國、瑞典等國家。

2.2 智能天線

（1）智能天線技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量（見圖4）。

從上述申請量圖可以看出，與OFDM技術不同，智能天線技術在中國的專利申請從2006年才開始，總量不是很多，在2011年達到頂峰。同OFDM技術相同，由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）智能天線技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖5）。

從上述國別統計圖可以看到，與OFDM技術相同，智能天線技術仍然是國內申請人提交的申請量占絕大多數，達到總量的66%，其他國家和地區的前3位分別是美國占13%，日本占8%，韓國占3%。

2.3 MIMO

（1）MIMO技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量（見圖6）。

從上述申請量圖可以看出，MIMO技術在中國的專利申請量2005年之前為0，從2005年才開始有相關MIMO技術的專利申請，之后逐漸增加，到2010年達到高峰。同樣的，由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）MIMO技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖7）。

從上述國別統計圖可以看到，與其他兩種技術相同，國內申請人的專利申請量仍然占了總量的43%，高居榜首，緊隨其后仍然是美國，占了總量20%，日本也占了總量的13%，韓國占總量的7%，瑞典占總量的6%。

3 結語

從上述統計數據來看，我國的專利申請的大部分都是由國內申請人提交的，而且就通信行業而言，美國、日本、韓國、瑞典等世界通信行業的領先國仍然屬于專利申請大國，其發明人在外國申請專利的意識也很強。就4G技術而言，從開始研究到有專利申請也經歷了3～4年的時間，因此廣大科技行業的工作者也需要提高自身的知識產權保護意識，提前將自己的勞動成果轉化成有自主知識產權的技術，才能促進科技進步，提高我國的知識創新能力。

參考文獻

[1] 周恩.下一代寬帶無線通信OFDM與MIMO技術[M].人民郵電出版社，2008，5.

[2] 王洪.移動通信中MIMO-OFDM技術概述[J].中國新通信，2013（18）.

注：本文中的數據均來自中華人民共和國國家知識產權局專利局的專利檢索與服務系統中的《中國專利文摘數據庫》（簡稱CNABS數據庫），該數據庫時有更新，本文中的數據統計截止至2014年6月30日，而本文中引用上述數據只是用來說明宏觀問題，因此望讀者能

夠理解。endprint

從上述申請量圖可以看出，最初的4年基本沒有專利申請量，隨著4G技術研究的深入，申請人從2005年開始逐漸在我國申請專利，到2009年達到頂峰。由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）OFDM技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖3）。

從上述國別統計圖可以看到，就OFDM技術而言，國內申請人還是占多數達到54%，緊隨其后的專利申請量美國占13%，日本占11%，韓國7%，瑞典5%，其他國家和地區的僅占總量的10%。上述統計圖反映了國內申請人占大多數外，還反映了世界通信行業企業也大多分布在美國、日本、韓國、瑞典等國家。

2.2 智能天線

（1）智能天線技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量（見圖4）。

從上述申請量圖可以看出，與OFDM技術不同，智能天線技術在中國的專利申請從2006年才開始，總量不是很多，在2011年達到頂峰。同OFDM技術相同，由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）智能天線技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖5）。

從上述國別統計圖可以看到，與OFDM技術相同，智能天線技術仍然是國內申請人提交的申請量占絕大多數，達到總量的66%，其他國家和地區的前3位分別是美國占13%，日本占8%，韓國占3%。

2.3 MIMO

（1）MIMO技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量（見圖6）。

從上述申請量圖可以看出，MIMO技術在中國的專利申請量2005年之前為0，從2005年才開始有相關MIMO技術的專利申請，之后逐漸增加，到2010年達到高峰。同樣的，由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）MIMO技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖7）。

從上述國別統計圖可以看到，與其他兩種技術相同，國內申請人的專利申請量仍然占了總量的43%，高居榜首，緊隨其后仍然是美國，占了總量20%，日本也占了總量的13%，韓國占總量的7%，瑞典占總量的6%。

3 結語

從上述統計數據來看，我國的專利申請的大部分都是由國內申請人提交的，而且就通信行業而言，美國、日本、韓國、瑞典等世界通信行業的領先國仍然屬于專利申請大國，其發明人在外國申請專利的意識也很強。就4G技術而言，從開始研究到有專利申請也經歷了3～4年的時間，因此廣大科技行業的工作者也需要提高自身的知識產權保護意識，提前將自己的勞動成果轉化成有自主知識產權的技術，才能促進科技進步，提高我國的知識創新能力。

參考文獻

[1] 周恩.下一代寬帶無線通信OFDM與MIMO技術[M].人民郵電出版社，2008，5.

[2] 王洪.移動通信中MIMO-OFDM技術概述[J].中國新通信，2013（18）.

注：本文中的數據均來自中華人民共和國國家知識產權局專利局的專利檢索與服務系統中的《中國專利文摘數據庫》（簡稱CNABS數據庫），該數據庫時有更新，本文中的數據統計截止至2014年6月30日，而本文中引用上述數據只是用來說明宏觀問題，因此望讀者能

夠理解。endprint

從上述申請量圖可以看出，最初的4年基本沒有專利申請量，隨著4G技術研究的深入，申請人從2005年開始逐漸在我國申請專利，到2009年達到頂峰。由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）OFDM技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖3）。

從上述國別統計圖可以看到，就OFDM技術而言，國內申請人還是占多數達到54%，緊隨其后的專利申請量美國占13%，日本占11%，韓國7%，瑞典5%，其他國家和地區的僅占總量的10%。上述統計圖反映了國內申請人占大多數外，還反映了世界通信行業企業也大多分布在美國、日本、韓國、瑞典等國家。

2.2 智能天線

（1）智能天線技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量（見圖4）。

從上述申請量圖可以看出，與OFDM技術不同，智能天線技術在中國的專利申請從2006年才開始，總量不是很多，在2011年達到頂峰。同OFDM技術相同，由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）智能天線技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖5）。

從上述國別統計圖可以看到，與OFDM技術相同，智能天線技術仍然是國內申請人提交的申請量占絕大多數，達到總量的66%，其他國家和地區的前3位分別是美國占13%，日本占8%，韓國占3%。

2.3 MIMO

（1）MIMO技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量（見圖6）。

從上述申請量圖可以看出，MIMO技術在中國的專利申請量2005年之前為0，從2005年才開始有相關MIMO技術的專利申請，之后逐漸增加，到2010年達到高峰。同樣的，由于2013年和2014年的專利大部分還沒有滿足18個月公開的期限，因此2013年和2014年的專利申請量數據只作為參考。

（2）MIMO技術2001-2014年6月專利申請（已公開）申請量國別統計（見圖7）。

從上述國別統計圖可以看到，與其他兩種技術相同，國內申請人的專利申請量仍然占了總量的43%，高居榜首，緊隨其后仍然是美國，占了總量20%，日本也占了總量的13%，韓國占總量的7%，瑞典占總量的6%。

3 結語

從上述統計數據來看，我國的專利申請的大部分都是由國內申請人提交的，而且就通信行業而言，美國、日本、韓國、瑞典等世界通信行業的領先國仍然屬于專利申請大國，其發明人在外國申請專利的意識也很強。就4G技術而言，從開始研究到有專利申請也經歷了3～4年的時間，因此廣大科技行業的工作者也需要提高自身的知識產權保護意識，提前將自己的勞動成果轉化成有自主知識產權的技術，才能促進科技進步，提高我國的知識創新能力。

參考文獻

[1] 周恩.下一代寬帶無線通信OFDM與MIMO技術[M].人民郵電出版社，2008，5.

[2] 王洪.移動通信中MIMO-OFDM技術概述[J].中國新通信，2013（18）.

注：本文中的數據均來自中華人民共和國國家知識產權局專利局的專利檢索與服務系統中的《中國專利文摘數據庫》（簡稱CNABS數據庫），該數據庫時有更新，本文中的數據統計截止至2014年6月30日，而本文中引用上述數據只是用來說明宏觀問題，因此望讀者能

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