全球5G技术专利市场研究
苑朋彬，佟贺丰，赵蕴华，江俊鹏
（中国科学技术信息研究所，北京 100038）
摘 要： 5G技术是继4G之后的新一代移动通信技术，对于拓宽移动宽带业务、海量大连接业务、低时延高可靠业务等行业应用具有重要意义。本文对德温特数据库5G专利数据进行统计挖掘，全面揭示了5G技术在时间、空间、内容维度的专利分布概况。研究结果显示，当前5G技术处于成长成熟期，各国（地区）都在积极地出台政策，制定研发标准，加大研发投入，采取专利策略，以求抢占国内和国际市场。中美两国是5G技术研究大国，技术上已经形成自己独特的优势。在数据交换网络、其他装置、设备、电路和系统等技术方面，中国实力较强；在资源管理、安全装置、传输装置、检错装置等技术方面，美国研究实力强于中国。
关键词： 5G；专利分析；市场研究；技术热点
5G，即第五代蜂窝移动通信技术（the Fifth Generation Mobile Networks），是继1G（模拟信号通信）、2G（语音数字化通信）、3G（多媒体通信）、4G（无线宽带通信）后出现的新一代高频传输移动通信技术，具有毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力，其理论传输速率高可达10Gb/s[1]，垂直行业应用覆盖增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、低时延高可靠（ultra-Reliable and Low Latency Communications，uRLLC）、海量大 连 接（massive Machine Type Communications，mMTC）三大场景[2]。与以往移动通信系统以多址接入技术革新为换代标志不同，5G概念是从无线侧向网络侧延伸，由无线空口技术和以SDN/NFV为代表的新型网络架构共同推动5G技术的快速发展[3]。2018年，国际通信行业标准化组织3GPP批准了5G标准独立组网功能冻结，正式标志着第一阶段的全功能标准化工作已经完成，5G技术已经进入了全面产业化冲刺阶段[4]。
《紫色》以女主人公黑人女性西丽的故事为主线，讲述了四位黑人女性的抗争故事。四位女性有相同的种族背景，受到不同程度的种族压迫和性别歧视。她们性格各异，经历不同，都通过自己的方式反抗不公正的种族和性别压迫。最为可贵的是，四位女性能够团结一致，互相鼓励，互相安慰，完善自己，改变自己的命运。这正是沃克的妇女主义思想不同于传统女权主义所在之处。同时，黑人女性最终不是通过孤立黑人男性来达到抗争的目的，相反，她们通过与男性和谐共处来实现命运的改变。
全球发展背景下，5G技术已经成为世界各国（地区）的研究热点。各国（地区）都在积极地制定5G战略发展规划，大力推进5G相关技术研发。如欧盟于2012年分别启动“5G NOW”研究课题、METIS科研项目，面向5G物理层技术、应用场景等方面进行深入研究，并于2014年启动“5G公私合作关系”（5GPPP）项目，将METIS的主要成果作为重要的研究基础，开展5G关键技术和系统设计的研究，以确保欧盟在移动通信行业的领军地位[5]；美国在2020年联邦研发预算指导中，将5G无线网络以及更先进的通信网络列入优先发展事项的前3位；中国于2013年成立了IMT-2020（5G）推进组，进行5G技术研究，2017年将5G正式写入政府报告，积极推动5G商用进程，预计2019年下半年5G初步具备商用条件。
从技术角度出发，5G技术包括大规模天线阵列、新型多址、超密集组网、全频谱接入、新型网络架构等关键技术[6]。尽管当前5G已经完成第一阶段的标准化工作，但由于全球并未进行大规模商业化投入使用，相关技术研究仍有待深入。专利是集经济、法律、技术为一体的信息体，90%以上的技术信息都可以由专利信息反映出来。对专利信息进行挖掘研究，不仅能够揭示整体技术发展的全貌和研发的侧重点，而且能为技术发展提供数据参考。文献调研发现当前揭示5G技术发展全貌的定量性研究较少，因此本文从专利角度研究了5G技术的全球市场状况。
近日，由水利部综合事业局、中国水利学会、湖南省水利厅、长沙市人民政府、湖南广播电视台、国家级长沙经济技术开发区管委会等单位共同主办的2012中国国际水利机械及施工装备展览会（简称水工展）在湖南国际会展中心举行。作为水利行业首个专业机械展会，水工展吸引了近200家水利机械及施工装备展商参展，近万名专业观众观摩展会。
1 数据来源及方法
研究数据来源于德温特数据库（Derwent）, 数据涵盖50多个专利授权机构；数据下载时间为2019年2月；检索时间范围为1963 年至今与5G技术相关的所有专利数据；检索方式为利用“关键词”+“IPC分类号”进行组合限定检索；检索相关专利共计13 758条，经查重、清洗，最终得到有效专利13 726条。
其中网络的侧重点是路由转发和数据处理等业务，其关键技术主要包括网络切片技术、软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）等；无线侧关注的重点是无线接口（即网络信号质量、网络覆盖等），其关键技术主要包括大规模天线（Massive MIMO）、毫米波技术（mmWAVE）、新型多址技术（如SCMA、MUSA、PDMA）、超密集组网技术（UDN）、新型多载波技术（F-OFDM、UFMC、FBMC）、全频谱接入技术、终端直连技术（D2D）等。
图1 全球5G技术专利申请公开趋势
2 5G技术专利市场分布研究
2.1 专利时间分布
5G技术是现有通信技术的重新组合，是4G技术的继续演进。相比于4G技术，5G技术具有速度高、功耗低、泛在网、时延低、重构安全、万物互联六大特点[7]。从全球5G技术专利公开申请来看，5G相关技术出现在20世纪70年代初，经历了缓慢的成长期（萌芽期：1969—2013年）和快速的成长期（成长成熟期：2014—2019年），专利公开数量整体处于上升阶段，如图1所示。由于2019年数据仅统计到2月份，且专利从申请到公开存在一定的延迟，故2019年的数据仅供参考。
可以看出，在萌芽期（1969—2013年），5G技术处于技术积累阶段。5G技术是现有通信技术的重新组合，从20世纪70年代出现的1G，到后期出现的 2G、3G、4G，技术研究分别在速率、业务类型、传输时延以及各种切换成功率等方面进行了不同的探索，有效扩宽了通信技术的应用范围。在成长成熟期（2014—2019年），5G技术研发处于快速发展阶段，专利公开逐年成倍增长。2013年4G技术落地商用，进一步推动了增强现实（AR）技术、虚拟现实（VR）技术、物联网技术、智慧医疗、人工智能等相关产业的快速发展，面对数以千计的终端接入，广覆盖的连接密度、高容量的热点需求、低时延高可靠的信息通信、多垂直业务场景应用，5G技术的发展能够有效解决当前4G技术的不足，满足各种业务应用场景，极大地提高通信效率，进而改变人与人、人与物之间的通信方式。
采用微机（IPM）控制模式，EPCU上各部件为智能、可更换模块，司机室LCDM制动显示屏具有本务/补机，客/货，列车管补风/不补风，列车管投入/切除等转换功能，且有系统自检，故障记录，报警等功能，方便司机操。
图2 全球5G技术公开专利申请排名前10的国家/地区/组织
2.2 专利空间分布
2.2.1 技术公开国家/地区/组织
技术小组是在技术小类基础上的更加微观、细致的分类，通过构建不同国家/地区/组织在不同技术小组上的专利分布矩阵，可以直观地反映出各国家/地区/组织的技术研发优势与劣势，了解各国家/地区/组织的技术研发侧重点。图5展示了排名前10的优先权国家/地区/组织在技术小组上的专利布局情况，表3对技术小组进行了释义。可以看出，排名前10的技术小组主要集中在以H04L（数字信息的传输，例如电报通信）、H04B（传输）、H04W（无线通信网络）等技术小类为代表的技术分支下。技术热点内容主要覆盖交换网络、资源管理、安全装置、无线传输装置等几大方面。
2.2.2 技术来源国家/地区/组织
18时30分，受陈雷部长委托，水利部副部长胡四一主持召开水利部专题会议，传达贯彻国务院抗震救灾紧急会议的部署和要求，进一步安排水利抗震救灾有关工作。要求各司局、各单位紧急行动起来，全力做好地震灾区抢险救援和防范次生灾害各项工作。
以 H04L-012、H04L-029、H04W-072、H04B-007等为代表的具体技术研究方向是各国共同关注的研究热点，专利申请数量均在1 000件以上。中国在H04L-012、H04L-029技术方向申请专利较多，已经形成了自己的研发优势；美国在H04W-072、H04B-007、H04L-005技术方向申请专利较多，在该技术方向的研发实力最强。除上述共同研究热点外，日本比较注重H04L-027技术方向的研究，韩国比较注重H04W-088技术方向的研究。中美两国作为专利申请大国，在上述技术研究热点均进行了全面的专利布局，已经形成了自己的研发优势，在数据交换网络、其他装置、设备、电路和系统等技术方面，中国实力较强，在资源管理、安全装置、传输装置、检错装置等技术方面，美国实力较强。
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中国是5G技术强国，高度重视5G技术的研发和部署。2013年，开始组建IMT-2020（5G）推进组，以推进5G技术发展；2015 年，《中国制造2025》纲领中提出要全面突破 5G 技术，突破“未来网络”核心技术和体系架构；2016 年，《“十三五”规划纲要》提出要积极推进 5G 发展，布局未来网络架构，到2020年启动 5G 商用；2017年，5G首次正式被纳入政府报告[8]。
通过构建优先权国家/地区/组织在公开国家/地区/组织的专利分布矩阵，可以直观地反映出优先权国家/地区/组织的专利布局策略。图3显示了全球5G技术优先权国家/地区/组织在其他国家/地区/组织的专利布局情况，横坐标代表排名前10的专利优先权国家/地区/组织，纵坐标代表排名前10的专利公开国家/地区/组织，气泡面积代表公开专利数量。
总体来看，5G技术小类共现阈值大于20的技术小类关联网络密度大，涉及的技术分支较多，技术交叉性强。以H04L、H04W、H04B等为代表的技术小类研究方向节点面积较大，涉及专利较多，技术关联度高，接近中心度小，处于整个研究网络的中心位置。通过对技术小类接近中心度排名前10的技术小类（如表2所示）进行归纳整理，可知目前5G技术主要的研究方向主要集中在网络侧（H04L、H04B、H04N、G06F、H04M）和无线侧（H04W、G02F、G02B、H04J）这两大方面，研究内容主要覆盖信息传输、电数字数据处理、无线通信网络、多路复用通信及调制解调装置等几大内容。
综上可见，各国/地区/组织都在积极地申请专利，并采取专利策略部署国内外市场。以中美两国为代表，中国内地注重本土市场保护，采取专利防守策略；美国注重国际市场的进攻，采取专利进攻策略，在专利策略上形成了鲜明的对比。
2.1 差异表达基因筛选 在FDR<0.05，|log2 FC|≥1.0筛选条件下，得到2 173个差异表达基因，其中上调基因1 007个，下调基因1 166个。
图3 全球5G技术优先权国家/ 地区/组织专利布局
2.2.3 技术研发组织机构
表1统计了全球5G技术专利公开排名前20的组织机构。从组织机构所属国家角度分析，日本机构6家，中国机构5家，美国机构4家，韩国机构2家，瑞典、法国、芬兰各1家；从组织机构业务类型角度分析，目前5G技术研发主要集中在以华为、三星、爱立信等为代表的通信领域科技公司。从组织机构成立时间角度分析，多数企业成立时间较早，其中有14家企业成立于20世纪初前后，而21世纪初前后成立的企业仅6家。
从综合实力来看，中国企业研发实力最强，美国、日本次之。中国企业中，以华为技术有限公司（专利量1 663件）、中兴通讯股份有限公司（专利量460件）等公司为代表的老牌通信企业在5G技术研发方面占据巨大的技术优势，目前已经完成了49项国际电信联盟的标准，牵头新立项目73项，5G国际标准中的专利数已超过2 400项，有力推动了中国标准成为国际标准[12]；美国企业中，以高通（专利量443件）、英特尔（专利量386件）为代表的企业在网络、终端、生态等不同维度对加速5G商用起到了重要作用。如高通公司打造5G相关处理器（高通骁龙X50调制解调器），宣布“5G领航计划”，并与三星合作开发5G小型基站，以帮助移动网络运营商根据不同场景进行5G商用网络的部署[13]。英特尔新推出XMM 8160 5G调制解调器，支持跨多个设备类别进行大规模扩展，以配合广泛的5G部署[14]；日本企业中，日本电报电话公司（NTT）作为最大的移动通信运营商，早在2014年就计划携手日本电气公司、阿尔卡特朗讯、爱立信电信公司、富士通公司、诺基亚和三星电子开展5G移动技术实验性尝试，2018年联合华为公司完成5G综合接入回程（IAB）技术的试验[15]。总体来看，上述各国企业都在积极进行5G技术开发，形成了特色鲜明、竞争力强的研发团队。
表1 全球5G技术专利公开排名前20的组织机构
2.3 专利内容分布
2.3.1 技术小类研究方向
对技术小类进行统计分析，可以揭示技术小类间的研发关系和研发侧重点。图4统计了专利共现阈值大于20的技术小类关联情况，其中节点的重要程度以接近中心的程度进行衡量，网络节点越接近中心重要性越高，虚线数字代表技术小类共现的次数。
综合分析，各优先权国家/地区/组织对本土市场的保护欲较强，在本国（区域内）公开专利数量最多；对比优先权排名前10的国家/地区/组织专利布局可知，美国不仅注重保护国内市场，还在日本、韩国、德国、印度等国进行大量的专利布局，尤其注重世界知识产权组织、欧洲专利局的专利申请，从侧面反映出美国的全球专利竞争意识强，对国际市场占有欲高，企图霸占5G技术国际市场；中国内地在其他国家/地区/组织中的专利申请数量较少，除在世界知识产权组织申请的1 211条专利外，其他国家/地区/组织专利申请量均在500条以下，反映出中国内地对本地市场保护力度强；另外日本、韩国、印度等也非常重视美国、世界知识产权局和欧洲专利局的专利申请，进一步反映出上述国家对美国市场、欧洲市场和国际市场的关注；与上述国家不同的是，德国更加注重美国市场的专利申请，而本土专利申请较少，从侧面反映出该国对美国专利市场的信心。
图4 全球5G技术小类共现阈值大于20的技术小类关联图
表2 全球5G技术接近中心度排名前10的技术小类释义表
研究采用计量学、数据挖掘等方法进行统计分析，研究采用Python、Excel等数据处理、分析工具对专利公开时间、公开国家、公开机构、技术分类号等字段进行抽取和统计；从专利时间分布、空间分布（技术公开国家/地区/组织、技术来源国家/地区/组织、技术研发组织机构）和内容分布（技术小类研究方向、技术小组研究热点）这三大方面全面揭示了全球5G技术的整体状况，期望为5G技术发展提供决策支持。
2.3.2 技术小组研究热点
图2显示了5G技术公开专利申请排名前10的国家/地区/组织分布。对比发现，全球5G技术专利公开国/地区/组织之间存在明显的技术差距，中国内地凭借5 724件公开专利数量领跑全球，排名第1；其次是美国，专利公开数量为4 448件，排名第2；总排名前6的其他国家/地区/组织分别为世界知识产权组织（WIPO）、日本、欧洲专利局和韩国，专利公开总量均在1 000件以上。
综上所述，明人对元曲文学成就的承袭与标举，是一个动态的历时演化过程，“尊元”理念在曲学层面的反映与表现，具有明显的流变特征：上溯至元朝时期，曲家既已开始对元曲成就进行自我推尊；明初时期在继续肯定和标举元曲艺术成就的同时，也承袭了元人理念中的北曲——正音的定位、杂剧——风教的关联、文人——雅正的文化想象等多个构成因素，并呈现出粗略、概观式的元曲尊奉面貌；到嘉靖、万历时期，明人“尊元”理念未固守明初以来的思维套路和讨论格局，而是随着对戏曲文体认识的加深，呈现出向细致化、典型化的趋向，并使嘉、万曲学呈现出明显的理性化理论构式。
图5 全球5G技术专利公开排名前10的技术小组分布
表3 全球5G技术专利公开排名前10的技术小组释义
为加速推进5G部署，2018年，美国联邦通信委员会（FCC）制定5G新规，严格规定各州政府处理相关业务的时限及收费标准[9]，相关运营商（Sprint、T-Mobile、Verizon、AT&T）也在积极地部署5G商用网络；2018年，日本分别制定了5G技术安全标准和2020年5G技术推广计划[10]；2018年，韩国完成了5G频谱拍卖，并率先实现5G商用，企图在建设速度方面超越其他国家；2017年，德国联邦交通和数字基础设施部发布《德国5G战略》[11]，2019年进一步提出要加强5G网络安全；印度也在积极地推出物联网政策，对5G基础设施进行改造。总体来看，各国家/地区/组织都对5G技术持积极态度，分别对技术标准制定、技术研发、商业化应用进行了前瞻部署，大大推动了5G技术的快速发展。
续表
3 结论
通过对全球5G技术领域专利市场进行研究，发现当前全球5G技术研发热情逐年高涨，近几年专利数量呈现成倍增长的态势。从技术角度出发，尽管当前5G关键技术已经形成研发标准，但要实现5G在全球范围内商用，仍需要一定的时间和过程。本文从专利角度出发，全面揭示了5G技术的时间分布、空间分布（技术公开国家/地区/组织、技术来源国家/地区/组织、技术研发组织机构）和内容分布（技术小类研究方向、技术小组研究热点）等情况，最终总结出以下6点结论，以期为5G技术的发展提供数据参考。
②陆游从乾道六年(1170，46岁)闰五月十八日离山阴赴夔州通判，到淳熙五年(1178，54岁)春别蜀东归。期间于乾道八年三月到兴元府，同年十一月二日启程赴成都。实际在梁益时间不足八年。但陆游谈到这段经历，常自云九年或十年，如《遣兴》云“西州落魄九年余”，《新滩舟中作》云“九年行半九州岛地”，《南烹》云“十年流落忆南烹”等等。陆游的梁益地区书写，研究论文颇多，此处不一一列举。
（1）全球范围内，5G技术发展经历了两个重要的时期：萌芽期（1969—2013年）和成长成熟期（2014—2019年）。5G技术发展迅速，产业链日趋完善，技术研发逐步走向标准化和市场化。
（2）中国是5G技术研究大国，中国内地凭借5 724条专利领跑全球。为抢占5G国际市场，美国、日本、韩国、德国等国家都在积极地进行技术研发，制定5G发展规划，大力推动全球5G技术的发展。
（3）各国/地区/组织都在积极地进行技术研发，并采取专利进攻、防守策略部署国内外市场。以中国为代表的专利防守策略和以美国为代表的专利进攻策略形成了鲜明的对比。值得注意的是，德国更加注重美国市场的专利申请。
课题组所在学校同时举办了远程开放教育（广东开放大学）和高等职业教育（广东理工职业学院），两类教育具有“大职教”的共同属性。依托广东省自2015年来开展的“创新强校工程”项目，课题组对两个学校的继续教育改革开展了有益探索。探索了“前期项目申报引导、期中过程检查、期末绩效考核”的全过程业务指引，构建了“制度规范和绩效考核”相辅相成的运行机制，完善了继续教育发展的新思路，提升了继续教育的建设成效。
（4）目前5G技术已经形成了特色鲜明、技术研发实力强的队伍。中国企业研发实力最强，美国、日本次之。华为、三星、爱立信、中兴、诺基亚、高通等通信领域的科技公司是5G技术研发的主力军。
（5）5G技术研究方向主要集中在网络侧和无线侧，注重路由转发、数据处理、网络信号质量、网络覆盖等业务；研究内容主要覆盖信息传输、数据处理、无线通信网络、多路复用通信、调制解调装置等方面。
（6）从各国（地区）研究热点出发，交换网络、资源管理、安全装置、无线传输装置等几大方面均是各国研究的热点；在数据交换网络、其他装置、设备、电路和系统等技术方面，中国实力较强，在资源管理、安全装置、传输装置、检错装置等技术方面，美国研究实力强于中国。
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Global Patent Market Research of the 5G Technology
YUAN Peng-bin,TONG He-feng, ZHAO Yun-hua, JIANG Jun-peng
(Institute of Scientif i c and Technical Information of China, Beijing 100038)
Abstract: As a new generation of mobile communication technology after 4G, 5G technology is of great signif i cance for broadening the application scope of Enhanced Mobile Broadband service, Massive Machine Type Communications, Ultra-Reliable and Low Latency Communications. Through statistical mining of patent data of Derwent, the distribution of 5G technology in patent time, space and content dimensions is comprehensively revealed in this paper. The paper finds that 5G technology is now in a period of rapid development, and all countries and districts are actively introducing relevant policies, formulating research and development standards,increasing research and development investment, and adopting patent strategies to seize the domestic and international markets. China and the United States are two major countries in 5G technology research. They have a strong sense of patent defense and have formed their unique advantages in technology research and development.China is stronger in data exchange networks, devices, equipment, circuits and systems, while the United States is stronger than China in resource management, security devices, transmission devices, error detection devices and other technologies.
Key words: 5G; patent analysis; market research; the hotspot of technology
中图分类号： G306.7
文献标识码： A
DOI： 10.3772/j.issn.1009-8623.2019.02.011
第一作者简介： 苑朋彬（1990—），男，硕士，研究实习员，主要研究方向为技术竞争情报。
项目来源： 中国科学技术信息研究所创新研究基金青年项目“5G移动边缘计算核心技术与产业关联问题研究”（QN2019-02）。
收稿日期： 2019-02-02
标签：5g论文; 专利分析论文; 市场研究论文; 技术热点论文; 中国科学技术信息研究所论文;