第五代移動通信技術(shù)專利情報實證分析

閆洪波，趙瑩超

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)機械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014010）

1 研究背景

第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術(shù)（5G），是最新一代蜂窩移動通信技術(shù)。它成功地實現(xiàn)了4G (LTE/WiMax)、3G (UMTS)和2G (GSM)系統(tǒng)改革［1］。2017年12月，3GPP(第三代合作伙伴計劃)首次批準5G NSA（非獨立組網(wǎng)）標準［2］；2018年6月，完成了5GNR（獨立組網(wǎng)）功能凍結(jié)。至此，首個真正完整意義的國際5G標準正式出爐。

目前，5G技術(shù)已成為通信行業(yè)的研究熱點，其核心技術(shù)主要有：高頻段傳輸、新型多天線傳輸、同時同頻全雙工、設(shè)備間直接通信D2D、密集網(wǎng)絡(luò)、新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。5G技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)、生活云端化和智能交互等方面，以其高速率、大容量、低時延等優(yōu)勢為信息生態(tài)系統(tǒng)提供了支撐，改變原來移動業(yè)務(wù)流程［3-4］。有學(xué)者基于專利計量或?qū)＠M合的方法對國內(nèi)外5G技術(shù)的底層核心技術(shù)、專利研發(fā)現(xiàn)狀進行統(tǒng)計分析，對中國5G通信標準化發(fā)展提供了戰(zhàn)略指導(dǎo)意見［5-7］。世界各國均有涉及5G技術(shù)的戰(zhàn)略研發(fā)計劃，以求在技術(shù)熱點和專利布局上占據(jù)優(yōu)勢地位。

專利分析，也被稱為專利信息計量、專利計量、專利統(tǒng)計分析、專利信息分析、專利情報研究等，以專利文獻和專利信息為研究對象［8］。隨著專利分析研究的不斷發(fā)展，學(xué)者們開始將專利分析方法應(yīng)用到某一技術(shù)的技術(shù)活動、技術(shù)能力研究。自專利數(shù)據(jù)庫建設(shè)以來，國內(nèi)外學(xué)者在各種領(lǐng)域都有應(yīng)用專利分析評價某一技術(shù)發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀，通過專利分析使它們由技術(shù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)經(jīng)營活動乃至國家戰(zhàn)略布局中有價值的情報［9］。Narin［10］開創(chuàng)專利計量研究領(lǐng)域的先河，專利分析逐漸成為評價全球或國家（地區(qū)）專利數(shù)量、技術(shù)布局主流方法。Lee等［11］基于隨機技術(shù)生命周期方法，從專利活動、技術(shù)范圍、專利價值等7個方面評估某項技術(shù)的專利表現(xiàn)，具有準確性和可靠性。欒春娟等［12］基于專利組合分析方法，選擇技術(shù)顛覆潛力和技術(shù)成熟度兩項綜合指標，對醫(yī)療領(lǐng)域新型技術(shù)的市場潛力作了分析研究。

本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，選擇專利組合分析方法對全球5G專利數(shù)據(jù)及其核心專利進行分析研究。

2 專利分析平臺和專利數(shù)據(jù)檢索

2．1 專利信息分析平臺

本文采用PatSnap專利信息檢索分析平臺作為5G技術(shù)專利數(shù)據(jù)的信息來源。PatSnap是全球領(lǐng)先的專利查詢、分析與管理“一站式”平臺。該平臺充分借鑒了國內(nèi)外著名專利檢索系統(tǒng)的先進功能，完整收錄了全球116個國家、組織和地區(qū)一億多條基本專利文獻，具有9種檢索方式，數(shù)據(jù)可靠，分析結(jié)果準確。

2．2 專利數(shù)據(jù)檢索

根據(jù)相關(guān)專利文獻與政策標準研究，可以初步總結(jié)出以下幾個5G關(guān)鍵技術(shù)指標：Massive MIMO（大規(guī)模天線）大容量多入多出技術(shù)、Polar碼（信道編碼技術(shù)）、新型上行傳輸技術(shù)、核心網(wǎng)等［13-15］。基于以上工作，本研究確定以包含Massive MIMO、NFVO、NOMA、SDN、VNF等關(guān)鍵技術(shù)作為關(guān)鍵詞，另根據(jù)5G移動通信特點，以“5G”or “the fifth generation”or“the 5th generation”構(gòu)建檢索式，分別對IPC分類號進行限定，同時設(shè)置每組簡單同組顯示一個專利代表，經(jīng)檢全和檢重后得到10 595組簡單同族代表，清洗后共20 233條專利。由于大多數(shù)國家專利從申請到授權(quán)公開有18個月的緩沖期，因此，2017年和2018年的專利數(shù)據(jù)可能并不完整，僅供參考［16］。本文專利檢索時間為2019年1月15日。

3 全球5G專利分析

3．1 專利態(tài)勢分析

3.1.1 申請趨勢分析

通過對專利申請的年度趨勢進行分析，可以掌握某個領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的歷程。本文通過對1998年至2018年間5G專利申請數(shù)據(jù)導(dǎo)出繪圖，如圖1所示。5G技術(shù)在1998—2009年處于導(dǎo)入期，年申請量普遍較低，成長緩慢，是尚在探索中的新興技術(shù)；2010年5G技術(shù)進入成長期，專利數(shù)量增長趨勢明顯；隨著3G和4G標準的確定及商用，5G迅速進入大眾視野［5］，2015年年申請量首次超過250件，且往后每年同比增速均達到32.53%。這主要是歸因于全球多家研究機構(gòu)競相投入大量資金和研發(fā)力量展開5G技術(shù)的研究，市場擴大，介入的創(chuàng)新主體增多，導(dǎo)致專利申請量激增。可以預(yù)見，在未來一段時間內(nèi)5G研發(fā)創(chuàng)新主體間競爭愈發(fā)激烈，技術(shù)商品化程度非常高，5G技術(shù)進入技術(shù)成熟期。

圖1 1998—2018年全球5G技術(shù)專利申請年度趨勢

3.1.2 地域分析

通過對專利申請的不同地域進行分析，可以了解目標市場的專利布局情況、技術(shù)起源國技術(shù)實力及專利輸入輸出情況。由圖2可知，5G技術(shù)起源國主要是美國（專利2 935件）、中國（2 111件）、韓國（1 978件），說明5G技術(shù)的研發(fā)在這3個國家相對受重視。2006年，美國政府、部分院校和企業(yè)組成5G聯(lián)盟，共投資760萬美元資助研發(fā)5G技術(shù)［17］。中國5G的發(fā)展于2012年啟動，次年年初，中國工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委員會等聯(lián)合成立5G推進組，投入1.6億元啟動國家5G移動通信系統(tǒng)前期研究開發(fā)項目，統(tǒng)籌推進5G相關(guān)工作。韓國科學(xué)、信息技術(shù)通信與未來規(guī)劃部（MSIP）在2014年宣布建立“未來移動通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展”戰(zhàn)略，并投資1.6萬億韓元用于5G核心技術(shù)研發(fā)。以上情況說明政府實施越多經(jīng)濟支持政策，各國創(chuàng)新主體在5G領(lǐng)域就越擁有強大的研發(fā)實力，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，最后通過進行專利布局來實現(xiàn)對市場的占領(lǐng)。

圖2 全球5G技術(shù)專利起源國排名

3．2 技術(shù)實力分析

3.2.1 創(chuàng)新機構(gòu)專利布局分析

通過對5G技術(shù)領(lǐng)域的申請人排序分析，篩選出前10位主要申請人，進一步比較主要申請人實力，了解市場競爭與合作情況。如圖1所示，韓國SUMSUNG（三星）無論是從申請數(shù)量還是申請態(tài)勢上均位居榜首，LG集團緊隨其后；美國QUALCOMM（高通）和中國HUAWEI雖然在數(shù)量上不占優(yōu)勢，但是其專利多為標準必要專利（standards-essential patents，SEP），是廠家提交的技術(shù)提案里不可替代的專利，在技術(shù)層面上無法避開，十分具有優(yōu)勢。

運用PatSnap專利信息檢索工具統(tǒng)計分析5G技術(shù)IPC大組分類排名如表1所示。結(jié)合表1可知，全球5G技術(shù)研究熱點主要分布于H04L29、H04B7、04W72、H04L12技術(shù)領(lǐng)域，這說明全球5G技術(shù)的研究主要集中在調(diào)制載波系統(tǒng)外的數(shù)字信息傳輸設(shè)備、電路和系統(tǒng)及無線電傳輸系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域。

表1 全球5G技術(shù)IPC大組分類排名

分析各專利權(quán)人在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的專利布局，如圖3所示，可以看出SAMSUNG在各個領(lǐng)域均有涉及，且在H04W72和H04L5領(lǐng)域研發(fā)實力較強；QUALCOMM（高通）憑借技術(shù)累計的優(yōu)勢，在H04L5領(lǐng)域?qū)＠暾埩孔疃啵谄渌I(lǐng)域也有數(shù)量較多的專利積累。中國的HUAWEI（華為）和ZTE（中興）在關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的專利申請數(shù)量也逐漸開始處于領(lǐng)先地位，取得了一定的研究成果。由于5G技術(shù)的創(chuàng)新仍處于快速發(fā)展階段，建議各國創(chuàng)新機構(gòu)還需從新創(chuàng)性技術(shù)為突破點，進行多維度的創(chuàng)新。

圖3 全球5G技術(shù)專利權(quán)人技術(shù)分布

3.2.2 創(chuàng)新機構(gòu)國際市場布局分析

對申請人區(qū)域?qū)＠植歼M行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如圖4所示，結(jié)合上文分析可知，各創(chuàng)新機構(gòu)紛紛規(guī)劃國際市場專利布局。在5G關(guān)鍵技術(shù)專利申請數(shù)量上，美國和中國構(gòu)成第一階梯，但中美各自的技術(shù)優(yōu)勢不同：美國由于在技術(shù)上積累深厚，因此在在先技術(shù)的二次創(chuàng)新和行業(yè)應(yīng)用中具有一定優(yōu)勢；中國則是在創(chuàng)新型技術(shù)的研發(fā)上具有一定優(yōu)勢。通過申請國際專利，既可以防止專利技術(shù)在他國被侵權(quán)，又能確認企業(yè)自身不侵權(quán)，有利于提升企業(yè)的國際品牌形象，是參與國際競爭的必然要求。

圖4 全球5G技術(shù)專利申請人區(qū)域?qū)＠植?/p>

3．3 核心專利挖掘與分析

核心專利對于梳理所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展路線和發(fā)展方向、借鑒創(chuàng)新思路、規(guī)避訴訟風(fēng)險，甚至是制定專利交易談判策略等方面都具有重要意義［18］。本文從專利絕對和相對被引證頻次、同組專利數(shù)量、企業(yè)合作申請等指標［19］，對目標專利進行深度挖掘，找出前5篇核心專利。如表2所示，美國、日本企業(yè)具有強大的技術(shù)優(yōu)勢，國內(nèi)科研院所及企業(yè)差距較大。5G不僅用于連接智能手機，還要連接萬物和各行各業(yè)，因此擁有5G標準專利的重要性不言而喻。

表2 全球5G技術(shù)核心專利排名

綜上分析可知，5G技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)主要由美、日創(chuàng)新機構(gòu)掌握，中國雖然有大量授權(quán)專利，但核心專利較少。因此，中國應(yīng)該加大基礎(chǔ)性研究力度，加大企業(yè)與高校和科研院所的技術(shù)聯(lián)合，從質(zhì)量上提高5G技術(shù)的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)論與建議

4．1 結(jié)論

通過以上全球5G專利對比分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）依據(jù)專利申請數(shù)量和地域申請趨勢的比較可以看出，中國5G技術(shù)發(fā)展的總體趨勢與國際發(fā)展基本一致，甚至在Polar碼等技術(shù)領(lǐng)域處于世界前列。科技公共政策和資金投入在某一領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新上具有較強的推動作用，能夠使某國（地區(qū)）在某一技術(shù)領(lǐng)域較快的搶占發(fā)展主導(dǎo)權(quán)。

（2）比較專利布局發(fā)現(xiàn)，全球主要國家和企業(yè)均遵循戰(zhàn)略規(guī)劃和商業(yè)目標，有計劃地部署專利技術(shù)、地域布局，形成了符合企業(yè)需求的知識產(chǎn)權(quán)布局體系，也提升了企業(yè)國際競爭力。

4．2 建議

（1）國內(nèi)創(chuàng)新機構(gòu)還需及時掌握5G相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，以新創(chuàng)性技術(shù)為突破點進行多維度創(chuàng)新。加強企業(yè)與高校及科研院所以市場化為導(dǎo)向的產(chǎn)學(xué)研合作，進行科研成果的深度挖掘、二次開發(fā)，也可在允許范圍內(nèi)深入挖掘國防技術(shù)中可應(yīng)用于5G的技術(shù)。

（2）揚長避短，加強核心競爭力。在5G關(guān)鍵技術(shù)專利申請數(shù)量上，中國和美國構(gòu)成第一階梯，但美國技術(shù)積累深厚，因此在先技術(shù)的二次創(chuàng)新和行業(yè)應(yīng)用中具有一定優(yōu)勢，中國則是在創(chuàng)新性技術(shù)的研發(fā)上具有一定優(yōu)勢。具有較強研發(fā)實力的華為、中興等企業(yè)應(yīng)加強合作，形成研究合力，拓展研究應(yīng)用空間，加強核心競爭力。

（3）專利規(guī)格亟需建立。根據(jù)3GPP公布的5G網(wǎng)絡(luò)標準制定過程，預(yù)計2019年12月完成滿足國際電信聯(lián)盟（ITU）全部要求的完整的5G標準。一旦標準形成，廠家都會按照統(tǒng)一的標準生產(chǎn)設(shè)備，以保證系統(tǒng)的兼容性。中國創(chuàng)新機構(gòu)應(yīng)在5G標準會議前期進行大量的技術(shù)研究和準備，加大標準工程師出席標準會議的人數(shù)和頻率，積極參與標準制定，提交技術(shù)提案，盡可能作出更多技術(shù)貢獻量，以獲得更多的標準必要專利授權(quán)。