基于專利分析的NB-IoT技術發展研究

莊寶森 李雙 張弦 張薇 徐晶 董接蓮

摘 要：專利融合技術信息和產業信息，通過對專利數據分析，可以判斷技術和產業發展現狀和態勢。NB-IoT技術位于物聯網技術架構體系的網絡層，是物聯網的關鍵技術之一。通過對NB-IoT技術專利申請量趨勢、技術產出區域分布、目標市場發布、全球主要申請人排名等進行分析，揭示NB-IoT技術的發展狀況與趨勢，了解NB-IoT技術發展前景，發現當前存在的問題。

關鍵詞：專利統計;物聯網技術;NB-IoT技術;專利分析;技術信息;產業信息

中圖分類號：TP393.4文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）05-00-03

0 引 言

物聯網（Internet of Things，IoT）是新一代信息技術的重要組成部分。顧名思義，物聯網就是物物相連的互聯網。物聯網通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，廣泛應用于網絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮[1]。

窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是物聯網領域一個新興的技術，位于物聯網技術架構體系的網絡層，也被叫作低功耗廣域網（LPWAN）。NB-IoT支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，支持待機時間長、對網絡連接要求較高設備的高效連接。NB-IoT設備電池壽命可以提高至少10年，同時還能提供非常全面的室內蜂窩數據連接覆蓋[2]。

NB-IoT技術作為物聯網通信技術的重要組成部分，其功耗低、信號覆蓋強、成本低、連接數量多等優點，受到了業界高度關注，已經成為物聯網通信領域的重點研究課題和重點發展對象。具體而言，NB-IoT技術與傳統的物聯網通信技術相比，具有強大的兼容性，在蜂窩物聯網無線技術的基礎上構建新的技術形式，在使用過程中能夠有效解決室內覆蓋范圍的問題，支持各種分辨率的設備接入，對于低時延的現象比較敏感，有效降低了物聯網通信網絡建設的成本，進一步優化物聯網通信的架構，確保物聯網通信技術低功耗的優勢[3-4]。NB-IoT技術在實際發展過程中，不同行業和企業針對不同場景對NB-IoT技術的應用情況針對性開發。

目前，通過專利統計對物聯網行業的發展狀況進行分析和預測，對物聯網的發展起到積極作用[5-10]。鑒于此，本文通過NB-IoT技術研究、專利分析、專題投射和對策綜合分析，揭示NB-IoT技術的發展現狀與趨勢，了解NB-IoT技術的發展前景，發現當前存在的問題。

1 NB-IoT專利申請趨勢對比分析

圖1為NB-IoT技術全球及中國申請趨勢對比圖。由圖1可見，在全球范圍內，有關NB-IoT技術的專利申請起步較早，1999年后開始萌芽，相關專利申請逐漸出現，且數量達到兩位數;到2012年，專利申請量已經突破三位數，2016年全球的NB-IoT技術專利申請數量已經超過2 000件。2011—2017年申請量的高速增長表明，在這一階段該技術的研發保持了持續的熱度，相關研究正處于上升階段。雖然NB-IoT是2014年才被提出的，但從專利的申請時間點和申請趨勢來看，2014年以前國外已經有研發團隊開始對NB-IoT進行早期的探索研發。

相對于全球歷年專利申請量的發展趨勢，中國相關技術起步較晚。中國的專利申請雖然從2014年已經開始，但是數量甚少，2015年相關專利申請數量接近200件，2016年暴增至900多件。可見在NB-IoT的技術研發上，中國雖然前期探索投入較少，但是伴隨NB-IoT的正式提出和高速發展，中國的技術實力增長速度令人不容小覷。自2016年中國的NB-IoT技術的專利申請數量出現激增后，每年申請數量已占全球的50%左右。主要原因之一是我國的企業—華為和中興等NB-IoT技術主要研發龍頭企業產出大量的研究成果;另一方面由于經過前幾年的積累與市場的發展，更多的研發團體提高了對NB-IoT技術的關注度。此外，還反映出中國政府對NB-IoT這一高新技術領域的扶持和鼓勵。

2 NB-IoT技術全球產出區域分布

NB-IoT技術產出國家/地區構成比例如圖2所示。由圖2可見，在NB-IoT技術領域，占據技術原創國第一位的是中國，在總申請量中有近1/2的申請量原創于中國，占總申請量的47%。接下來申請量排名分別是美國、日本和瑞典，申請量分別占到25%，7%，6%。中國的專利申請量遠超其他國家。

伴隨物聯網技術應用的普遍性，NB-IoT技術覆蓋廣、連接多、速率快、成本低、功耗低、架構優等特點更被快速普遍應用。中國作為一個物聯網高速發展的國家，物聯網涉及運營商、車聯網、智慧醫療、智能家居、電力、智慧農業等多個產業，參與研究的企業數量也極為龐大。中國NB-IoT技術的主要研發企業以華為和中興為代表，尤其是華為作為該技術的領先者，無疑為中國的NB-IoT技術做出了大量的貢獻。

美國在電子通信行業的技術處于領先地位，擁有較強研發實力的研發團隊都被幾個龍頭企業所壟斷，例如高通、英特爾等。

日本和瑞典雖然是發達國家，但是因為國家的市場相對較小，投入物聯網研發的團隊規模也較小，NB-IoT的應用主要集中在電信運營商。

3 NB-IoT技術全球目標市場分析

圖3顯示的是NB-IoT技術的目標申請國家/地區構成比例。目標申請國家的申請量越大，所占比例越多，越能說明這個地方是大多數申請人/企業認為需要進行專利保護和技術搶占的關鍵地區。

從圖3可以看出，排名前三的國家是中國、美國和印度，但是三者之間的數量差距懸殊，全球的主要市場目標集中在中國和美國，說明這兩個地區也是眾多申請人認為具有巨大市場和發展潛力的地方。

目標申請國中中國的申請量最大，所占比例近全球所有申請的1/2。這一方面是因為原創技術實力較強，本土申請量較大;另一方面，中國也是世界其他各國高度關注的競爭市場，是進行專利保護和技術搶占的關鍵國家，這直接導致了未來市場的激烈競爭。

另外，世界知識產權組織的專利申請有2 700件，歐洲專利局的專利申請有684件，數量都比較多。由此說明，NB-IoT技術仍具有極大的市場空間，很多潛在技術仍在發展中，可應用的終端行業領域也在不斷拓展。鑒于此種情況，很多企業仍處于研發和觀望狀態，所以采取通過PCT的方式占領技術的時間點。而歐洲的專利申請數量是僅次于中國和美國的，由于歐洲板塊的地域特性和發展狀況，很多專利權人會將專利申請直接瞄準整個歐洲市場，在歐洲專利局直接做專利申請。由此可見，歐洲其實是一個很重要的NB-IoT技術市場。

4 NB-IoT技術全球主要申請企業分析

圖4給出全球范圍內NB-IoT技術相關專利申請量排名前10位的申請企業，圖中所列的10位申請企業將可能成為未來該技術領域中的主要競爭對手。具體而言，在該領域內，申請量最多的是高通和愛立信，處于第一梯隊，它們的申請量都在1 000件左右，遠遠超出其他公司，高通和愛立信都是最早一批開始研發NB-IoT技術的企業之一。高通一直致力于通信芯片的研發，對于NB-IoT技術，更是付出了大量的研發投入，可以覆蓋高通技術的物聯網產品涉及多個領域，包括交通運輸、智能手表、工業樓宇、基礎設施、LED照明、能源計量、家居自動化等。愛立信重點技術集中在電信通信領域，基于愛立信技術的終端設備，將NB-IoT技術推廣到多種物聯網應用場景，因此也相應申請了大量的專利。

處于第二梯隊的是中國的華為和中興。對于物聯網標準的發展，華為是最早推進的。作為NB-IoT標準的推動者，華為和高通是NB-IoT芯片的兩大重要企業，其研發重點都在于NB-IoT的通信芯片。中興排名次于華為，與華為和高通一樣，研發重點同樣在NB-IoT的通信芯片，也是面向物聯網的廣域低功耗技術的主要推進者。中興為運營商和產業打造了基于NB-IoT的端到端解決方案，積極投入對芯片、終端、系統和物聯網平臺的研究。

第三梯隊是申請量較少的企業，包括英特爾、樂金、夏普、三星、上海郎帛和日本電報電話。英特爾重點研發的是NB-IoT的計算芯片。除上海郎帛通信技術外，其他公司都是業界較為有影響力的公司。中國于2013年成立上海郎帛通信技術有限公司，經營范圍的重點是通信技術領域，企業成員專家大都來自世界頂級通信實驗室（貝爾實驗室、飛利浦等），目前已有數百件專利申請，在NB-IoT技術上有較大的研發投入，是NB-IoT技術的后起之秀，可列入重點關注范圍。

由全球排名前10的研發團隊可見，目前領先的研發團隊都是行業內有著雄厚實力的大型企業，但因為NB-IoT技術仍處于研發上升期，所以不乏很多新興的中小型企業加入到該技術的研發中。

5 結 語

NB-IoT是物聯網領域一個新興的技術，具有高性能、遠距離、低功耗等突出特點，使得它可以在短時間內迅速發展成物聯網領域的寵兒。

全球NB-IoT技術處于快速發展階段，中國、美國、瑞典、韓國、日本等國發展較快。在全球范圍內，有關NB-IoT技術的專利申請起步較早，1999年后開始萌芽，相關專利申請逐漸出現，在2011—2017年期間NB-IoT技術的專利申請量出現了高速增長，該技術的研發保持了持續的熱度，且相關研究正處于上升階段。NB-IoT技術的研發主要來源于中國和美國，中國和美國的專利申請占到了全部申請的72%，而中國原創申請量排名第一，原創比例所占高達47%，遠遠高于其他國家/地區。在NB-IoT領域，中國、美國、瑞典、韓國、日本這五個國家的技術研發能力突出，技術優勢明顯，研發力量活躍度高，整體實力處于全球前端且知識產權保護意識也相對較強。

中國NB-IoT技術產出量位居全球第一，遠超其他國家。雖然中國相關技術起步較晚，在2014年才有相關專利申請，但到2015—2016年，專利申請量暴增至近1 000件，可見2016年后中國在NB-IoT的技術研發進入了高速發展時期，中國的技術實力增長速度令人不容小覷。其原因之一是華為和中興等NB-IoT技術主要研發龍頭企業產出大量的研究成果;其次是經過前幾年的積累與市場的發展，更多的研發團體開始關注NB-IoT技術，中國市場已經是全球主要目標市場之一，伴隨而來的勢必是中國有更多的NB-IoT相關企業及NB-IoT技術的高速發展。

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