車聯網汽車通信技術專利分析

趙向陽+朱立峰

摘 要：以V2X為代表的車聯網技術，是自動駕駛和智慧交通的關鍵一環，在減少交通事故、提高交通系統的安全性和智能化方面起著重要作用。隨著移動網絡、GPS等通信技術與車輛的融合，各國政府及產業界對V2X的研究逐步加速，尤其在中國，V2X相關標準正在緊鑼密鼓的討論制定中。因此，對V2X技術進行梳理并分析總結其技術發展路線對我國車聯網產業的發展有著十分重要的現實意義。本文通過專利分析對全球及中國的V2X專利信息進行提取、分析、整合，總結出V2X的技術發展路線與趨勢，為各方的相關決策提供參考。

關鍵詞： V2X；LTE-V；DSRC；internet of vehicles；patent；technology route；車聯網；專利；技術路線

1 概述

V2X是車與外界的信息交換技術的統稱，以V2X為關鍵技術的車聯網是自動駕駛的基礎。早期車聯技術僅滿足安防、救援等基礎需求階段，隨著移動網絡、GPS與車輛的結合進一步實現了基于互聯網服務、路徑導航、信息咨詢、遠程診斷等諸多功能應用的車聯技術；V2X可以通過各種通信手段獲得實時路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，從而更好地實現車輛主動安全并大幅減少交通事故，提升交通系統的安全性和智能化。

1.1 通信技術

按照通信技術的不同，V2X分為以基于IEEE802.llp的DSRC標準為代表的V2X技術，以及基于蜂窩技術的LTE-V標準為代表的V2X通信。目前，DSRC標準已經歷多年的研發和測試工作，基本可以應用到V2X的車載互聯網之中，而基于蜂窩技術的LTE-V標準尚處于起步階段。

（1）基于IEEE802.llp的DSRC標準

在FCC分配75MHZ的頻譜專用于ITS服務后，美國交通部USDOT與工業界聯合研究新的CV技術，其包括了車車通信（ V2V），車路通信（V2I）以及車與車或其他節點的連接（ V2X）。其不僅包括了支持防撞應用和實時安全預警方面的實時應用，還包括了非實時的DSRC應用。

為保證協同工作的能力以及DSRC的功能得到正確執行，需要定義信息交互的方式和采用標準化的信息格式。IEEE802.llp定義了支持特定應用于V2V和V21的無線連接底層標準，并定義了支撐無線鏈路信息交互的上層協議IEEE1609.X，同時，通過SAE J2735和SAE2945.X來定義短距離通信設備或媒體之間傳達特定消息內容。

（2）基于LTE-V的V2X標準

在2015年8月舉行的3GPP會議上，專門討論了基于LTE的V2X服務，目標在于評估LET-V操作所需要的新功能，以及對于[SAl TR 22.885]中的車載服務的提升可能性。探討存在或不存在LTE網絡覆蓋下的LTE-V服務問題、以及在分配專用頻譜或與其他LTE服務共享頻段時的操作場景。由LG、大唐和華為提供的報告“Study on V2X services”被采納作為TR36.885的VO.O.1版本[18-24]。

總體上來說，就目前應用的情況來看，DSRC技術基本成熟，但由于成本原因以及盈利模式并不明晰，因而并未實現市場化投入應用；而基于蜂窩技術的V2X技術及其標準還處于研發推動階段，盡管各大廠商已開展較多的道路試驗，然而距離推出市場實現商用尚需一定時間。

1.2 應用場景

按照應用場景的不同，V2X分為V2V（車一車）、V21（車一基礎設施）、V2P（車一行人）等多種方式，共同構成了車聯網通信技術，目前實現主要以V2V和V21為主。

（1） V2V通信

V2V通信是在車與車之間進行無線數據傳輸，V2V信息交換的目的在于防止事故發生，允許車輛在運輸過程中通過一個網絡發送位置、速度信息以及警告信息給網絡中的其他車輛。其中關于V2V的安全應用包括：（1）前方碰撞預警（FCW），車輛當發現有危險臨近，例如前方有障礙物時，能夠及時提醒其他車輛；（2）車輛能夠告知其他車輛白己所行進的方向，以幫助其他車輛的司機做更準確的判斷；（3）變道警告（ LCW），車輛變線時的提醒；（4）禁止超車警告（DNPW）；（5）臨時/突然停車的預警等等。

（2） V2I通信

V21通信是車與基礎設施之間進行無線數據傳輸，其信息交換的應用更加注重交通管理方面，V21可以幫助疏通車流，實時地對擁塞采取有效措施。管理部門可以根據一些具體的條件靈活地實施交通規則，例如：可調的時速限制、可變的信號燈周期和燈閃順序、交叉路口自動車流控制、救護車/消防車/警車的開道。在司機輔助方面，智能交通可以提供自動泊車、導航狀態、路標識別等。對于警察等執法部門，車聯網有助于監控、超速提醒、禁區管理、勒停命令的實施等。通過電子支付的方式，車聯網使過路費/停車費的收集更加快捷方便，從一定程度上減輕車流的擁塞，減少收費站附近常發生的低速追尾事故。

總體來說，通過在整個智能交通系統中通過V2X、V21等的相互配合，實現在整個信息平臺上對車內、車路、車間、車外、人車等信息的提取和有效利用，提高交通系統的整體效率，降低能量損耗，增加運輸的安全和便捷。

2 V2X技術專利分析

2.1 技術分解

通過對V2X技術的定義、發展史，以及當前汽車業界和互聯網業界對網聯智能汽車的認知進行廣泛的了解，綜合考慮專利檢索的可行性、行業的分類習慣以及學科上的分類方法，最后確定對智能汽車關鍵技術的技術分解，按照通信技術和應用場景將V2X技術劃分為兩大類，分別對應V2X通信層技術和V2X應用層技術。通過對每個技術領域的技術主題進一步的細分，最終確定技術分解如表1和表2所示。

2.2 數據采集范圍及相關說明

在DWPI、ENTXT、USTXT、EPTXT數據庫中對V2X相關技術進行檢索，經過去噪、驗證和去重后得到V2X技術全球范圍檢索結果；通過公開號的國別進一步限定，得到在不同區域內的專利申請檢索結果；各個關鍵技術檢索結果直接通過人工標引得到；重點申請人的檢索結果由全球數據通過申請人的限定得到。endprint

數據加工部分經過去噪和標引階段。其中去噪包括統一去噪和單獨去噪。統一去噪是指在全部檢索式中統一去除常見的噪聲，主要包括不同技術領域對檢索結果產生的噪聲。單獨去噪是指對各個二級技術分支進行去噪，主要包括相近和相似技術產生的噪聲。去噪階段與查全和查準階段結合。查全和查準通過重點申請人、時間段等角度進行驗證，并與去噪階段形成反饋和互補。其中部分申請人的數據還經過人T標引，以求更精確的結果。

專利選取范圍以申請日為人口，白2000年1月1日起，截至2016年10月1日，主要是考慮到V2X技術的發展歷程以及相關通信技術發展的時間節點等符合相關技術發展歷史進行選擇。

2.3 專利申請趨勢分析

基于上述的技術分解，經過檢索和人T篩選得到的相關專利申請數量如下：

V2X通信技術

全球數量：2411項；中國數量：560項

V2X應用場景

全球數量：5139項；中國數量：1594項

其全球和中國范圍專利申請量趨勢如圖1所示。

從圖1可以看出，在世界范圍內V2X技術專利申請總體呈現增長趨勢，大致可分為兩個階段：（1）起步一緩慢增長階段，2000-2009年之間。這段時間屬于V2X技術的多角度探索階段，專利申請的緩慢增長的背后是技術的不斷累積，主要關注現實存在且亟待解決的車輛安全相關的V2V技術解決方案，同時伴隨著能源枯竭問題的凸顯，對燃油經濟性問題的關注也促進了企業和高校對V21技術展開更多研究嘗試，該階段的申請人也主要美國、歐洲等傳統汽車工業和通信強國為主，年申請量基本保持在400項以內；（2）高速發展期，大約從2010年至2015年，期間V2X技術相關專利申請從400項增加至1400項左右。隨著通信技術的高速發展以及“萬物互聯”理念的興起，車聯網技術吸引了越來越多非傳統汽車行業的創新主體，參與車聯行業的市場競爭，同時市場消費主體也從原有對傳統汽車單一的駕駛需求，逐步向更加多元化的涉及車聯技術的不同需求，兩者同時激發了有關車聯網技術的創新和專利申請增長。

從中國的V2X技術整體專利申請量的發展趨勢來看，2000年至2016年之間共計1338項專利申請；且在2000-2013年區間一直在穩步增長，特別是2009年后開始高速增長，從2000年的10項增長到2013年的422項。結合世界范圍內相關專利申請，從申請量增長速度看，中國區域內的專利增長速度遠大于世界范圍。

2.4 區域分析

2.4.1 首次申請國

圖2是V2X技術專利申請首次申請國的專利申請分布圖。

從圖2可以看出，美國和中國隨著時間的發展保持高速增長趨勢，而韓國和歐洲地區雖然也保持增長，但增長速度較慢，日本則處于申請量衰退的態勢。美國在年度專利申清產出方面則是從出V2X技術之后，先經歷了一個緩慢增長過程，隨后在2008年之后開始持續爆發式增長，超越日本成為全球V2X技術專利申請產出第一國，其在2014年達到最高的562項。中國作為全球專利產出量排名第二的國家，其申請增長趨勢呈現出與美國相似的模式，都存在一個較長的技術累積期。在2011年之前，中國作為首次申請國的年度專利申請量均在100項以內，與同時期的美國相比存在明顯差距，而到2011年后，在該領域向中國提交的首次申請開始出現快速增長，并在增長當年一度超過日本的年申請量，而到2015年時年度申請量已達到327項，超出日、韓、歐洲其他各國/地區的年度申請量，充分體現出中國近年在V2X技術領域加大研發力度，關注專利保護的發展趨勢。日本年度首次申請量在2008年達到頂峰，且處于全球領先地位；隨后年度申請量開始下降，維持在一個相對較低的水平；在2014年再次達到另一個小峰值。從專利申請的數量占比來看，關于V2X技術的專利申請原創技術排名前五位的國家/士也區依次是美國、中國、日本、韓國、歐洲。其中美國的專利申請數量最多，共有2413項，占全球申清的37%。

2.4.2 目標申請國

從圖3可以看出，與首次申請的年度分布狀況類似，日本在2008年之前的布局專利申請量就達到了一個較高水平并在2007年達到156項的申請量，受金融危機影響，2009年日本專利申請量下降至111項并相對穩定，隨后在2012年又達到另一個小高峰至139項，總體呈現平穩變化趨勢。隨著近幾年中國本土原創申請量的不斷增長，其布局申清量也被帶動升高，增長率與原創申請的增長率基本相當，說明不僅中國企業重視V2X技術的研發布局，同時中國作為增長潛力巨大的汽車消費市場國逐步受到世界各相關企業的密切關注。美國市場專利布局趨勢與中國基本類似，均處于總體上升的態勢，且與中國市場均在2013年達到483項的峰值；從專利布局量來看其市場本身未受到全球金融危機的明顯影響，這也從一定側面反映m市場參與主體仍一致看好V2X技術的前景。韓國由于本土的部分強勢通信企業和汽車企業的帶動，在2011年左右其專利申請布局超過了日本，成為全球第三大布局市場。從專利申請的數量占比來看，進入美國的專利申請量占所分析的主要國家區域總量的29%，美國已經成為V2X相關技術最大的專利布局目標國家。值得注意的是，進入日本、美國的專利申請量均低于其原創專利申請的占比，這一定程度上反映出日本、美國的專利技術整體實力較強，以技術輸出為主，在他國市場上占有重要地位。

2.4.3 中國區域

從圖4可以看出，本土企業專利申請增長速度大于國外來華申請，兩者分別在2015年和2013年達到峰值326項和162項，且從發展趨勢來看，國內企業具有強勁的持續創新力，從這方面可以反映出近些年中國區域內專利申請持續高速增長的主要推動力來自于本土企業的創新。從V2X技術領域中國申請中國內與國外來華申請的比重份額情況可以看出，國內申請所占份額為國外來華申請的2倍，國內申請人目前在該領域的專利布局相對具有優勢，但僅以數量考慮尚未占據絕對優勢地位。endprint

2.5 主要申請人分析

如圖5所示，在全球范圍內主要申請人申請量排名1-10位的企業依次是：LG、高通、愛立信、電裝、三菱、三星、諾基亞、松下、英特爾和華為，排名前十的申請人的總的申請量占總的申請量的26%，共計1870項，申請量不是特別集中。前十位的申請人大體可以分為通信企業、整車企業、半導體芯片廠商、汽車零部件，且除華為之外均為國外來華企業；V2X技術專利申請量排名前三的企業均是傳統的通信巨頭，其申請量分別達到484、280、239項，由于V2X技術領域作為一個通信行業與汽車行業的交叉領域，特別是通信技術作為底層基礎技術，占據了產業鏈的最上游，這也反映出全球通信巨頭強勢進入這一領域的技術實力。目前傳統整車企業和汽車零部件企業在V2X領域已被通信企業趕超甚至超越，排名前十的申請人僅有電裝一家傳統車企，其申請量為160項。

從中國范圍內V2X技術申請人專利申請量來看，排名前三的申請人分別是高通（156項）、LG（ 68項）、華為（66項）；國內申請量排名靠前的申請人全部為通信企業，十家申請主體中有九家為通信相關企業，僅一家汽車整車/零部件企業。從企業類型可以看出底層通信技術的發展決定了V2X技術的發展，即以通信技術為對象進行不斷的技術更新和改進。當然不容忽視的是，上述前五名申請人中有四家來白美國，特別是高通，將V2X技術作為其重點技術進行了集中的專利布局，而作為移動通信技術領域的領先國家和傳統汽車制造、消費強國的美國，其有意識地將移動通信技術融入傳統汽車行業以求新的技術變革，這種發展模式值得我國的汽車相關企業的借鑒和學習。

2.6 技術分布分析

從圖6可以看到，在全球范圍內關于V2X通信技術的專利申清一直處于上升趨勢，大致可以分為兩個時間段，2000-2009年為穩步增長期，這段時間內全球范圍內關于V2X通信技術的專利申請一致維持在100項以內；2011年至今為高速發展期，這個時間段內全球范圍內關于V2X通信技術的專利申請處于快速上升時期，并在2014年左右達到峰值649項，這和該時間段內全球范圍內網聯智能汽車的大熱以及伴隨著移動通信技術的廣泛普及等歷史發展趨勢相一致。在全球范圍內關于V2X應用場景的專利申請也一直處于上升趨勢，大致也可分為兩個時間段：2000-2010年為穩步增長期，這段時間的專利申請每年均維持在200-400項，并且在該階段經歷了兩次小幅波動；2010年至今為高速發展期，這段時間內全球范圍內關于車聯技術的專利申請出現了爆發式的增長，并在2014年達到峰值677項；這一時期隨著車聯技術越來越多的應用到成熟的量產車型中，越來越多的非傳統汽車行業的企業紛紛看好這一行業的未來發展情景，目測為下一個信息“移動終端人口”，選擇加入到這一行業展開技術研發和競爭。

從中國范圍來看，V2X通信技術的專利申請在2000年至2013年之間保持增長趨勢，從2000年的l項增加到2013年的167項，并在2011年出現一個快速增長階段，至2013年達到峰值167項；V2X應用場景的專利申請在2000年至2015年之間保持增長趨勢，從2000年的9項增加到2015年的318項，并在2011年后出現一個快速增長階段，至2015年達到峰值，且從整體發展趨勢來看，后續還將保持一定增長；并且通信技術的發展相對帶動和促進應用場景技術的發展和成熟。

在全世界范圍內應用于V2X的DSRC和LTE-V相關專利申請共計2411項，其中與LTE-V相關的占84%，共2009項，與DSRC技術相關的占16%，共392項；結合前面討論的發展趨勢，DSRC技術出現時間較早且制定了相關的標準，但各企業在其發展方向和盈利方式上未達成一致意見，直接導致其發展階段技術受重視程度與其市場熱度明顯不符；LTE-V作為從LTE技術延伸至車用的通信技術，在傳統通信企業的推動下，近幾年發展勢頭迅猛，且伴隨著標準制定過程的推進，其未來的技術普及和應用不容忽視。在全球范圍內公開的關于V2X應用情景的專利申請共5139項，其中關于V2V的占56%，達到了2878項，關于V21的占43%，達到了2203項，關于V2P的占1%，達到了58項。

結合圖8，從通信技術和應用場景技術整體來看，國內專利申請主要集中在應用場景各技術分支，而國外來華申請主體較側重于通信技術各技術分支在通信技術中國內申請主體在基礎技術領域中的通信安全、QoS管理及信息傳輸等技術實力較弱，國外來華專利申請布局較多，可能在上述技術領域上已形成了技術壁壘；在應用場景方面，國內申請主體在危險及緊急狀況提醒、收費應用、車輛異常狀態監測方面存在一定技術優勢。

3 結論

V2X技術的專利申請在全球范圍內和中國范圍內，均處于快速增長階段，主要競爭市場在美國和中國。美國整體在V2X技術領域的技術實力輸出最強，中國經過近幾年的積累，逐步超越日本、韓國和歐洲，占據V2X技術領域技術輸出的次席。通信層技術和應用層技術專利布局量大致相當且兩者均保持同步增長，但通信層的增長速度遠高于應用層。通信層在各國家/地區專利布局體量相對不均衡，主要專利布局競爭市場在美國，而應用層在各國家/地區專利布局體量相對均衡且由于中國近十年來的爆發式增長，主要專利布局競爭市場在中國和美國。

V2X技術的專利競爭聚焦在通信層領域。全球范圍內和中國市場通信企業和半導體廠商在V2X技術領域占據主導地位（70%），傳統汽車和零部件廠商在V2X技術領域不僅被上述類型企業趕超，甚至差距有被進一步拉大的趨勢；通信企業的技術優勢集中在底層基礎技術，并在通信層領域持續性進行專利布局，并且在近幾年增大在應用層的專利申請，特別是采用技術合作的方式；零部件廠商在兩個技術領域基本保持同步發展的狀態。特別是未來有可能涉及通信標準協議的技術，相關的標準相關專利已被通信企業提前布局。傳統汽車企業優先在應用層技術領域進行專利布局，同時有少數企業如通用汽車嘗試向底層技術延伸，進行相應的技術研發和專利布局。

通信層中通信技術研發的熱點由DSRC轉向LTE-V，通信企業在該領域具有絕對的技術實力。LTE-V技術通信層方面，LTE-V技術近些年受到全球范圍內大部分通信企業的持續關注，相應專利申請增長迅速且專利布局市場廣泛，并迅速超過了DSRC技術的相關專利布局申請；應用層中V2V技術始終是應用場景的聚焦點，傳統汽車和通信企業均關注這一技術領域。V2V技術方面，傳統汽車首先展開專利布局，但近些年的關注度下降，與之相反，通信企業對該領域的關注度提高。

全球范圍內，整體技術實力最強的是通信企業，特別是LG、高通和愛立信；國內范圍內，國外來華企業實力較強，國內企業中只有華為具備一定的技術實力。上述三家國外來華企業在熱點技術和重點技術（ LTE-V）均展開了較為系統的專利布局，在傳統汽車企業中數通用在中國的申請布局最為廣泛且技術分支實力均衡；中國企業中，華為在通信層技術方面具有一定的技術優勢，特別是LTE-V技術分支；同時國內高校申請主體在應用層技術具備一定研發實力，所以國內企業可以考慮通過與高校合作的方式整合各自的技術優勢，聯合研發應對競爭。endprint