4G關(guān)鍵技術(shù)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(guān)鍵技術(shù)，隨后分析在中國申請的三種關(guān)鍵技術(shù)對應(yīng)的專利申請量、以及申請量的國別統(tǒng)計，由此得到，雖然在我國的專利申請中，國內(nèi)申請人占多數(shù)，但其他國家申請人在外國申請專利的現(xiàn)象非常普遍，旨在鼓勵廣大科技工作者提高自身的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識，將自己的勞動成果轉(zhuǎn)化為能夠創(chuàng)造價值的知識產(chǎn)權(quán)，進(jìn)而促進(jìn)我國的科技創(chuàng)新和社會進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：4G OFDM 智能天線 MIMO 專利

中圖分類號：G306 文獻(xiàn)標(biāo)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(yè)和信息化部（下稱“工信部”）向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通等三家運(yùn)營商正式發(fā)放了第四代移動通信業(yè)務(wù)牌照（即4G牌照）。一時間，人們對4G的討論也進(jìn)入了頂峰。時隔半年多，2014年6月27日，工信部在其官方網(wǎng)站上發(fā)布消息，正式批準(zhǔn)了中國聯(lián)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(wǎng)測試。這意味著，中國聯(lián)通和中國電信也會加大對于4G網(wǎng)絡(luò)的投入，努力爭奪4G市場。4G網(wǎng)絡(luò)能夠給終端用戶帶來了高速率、高質(zhì)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(shù)，國際電信聯(lián)盟（ITU）定義的4G標(biāo)準(zhǔn)為達(dá)到100M傳輸數(shù)據(jù)的速率，即只要達(dá)到這個標(biāo)準(zhǔn)的通信技術(shù)，理論上都可以稱為4G。由于帶寬的限制，目前的運(yùn)營商很難達(dá)到上述速率要求，現(xiàn)有的4G主要指LTE（Long Term Evoluttion）技術(shù)，該技術(shù)包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式，由于其沒有達(dá)到ITU對4G通信技術(shù)的速率要求，因此也可以說目前的4G還只是3.5G。

現(xiàn)有的4G系統(tǒng)是集合了多種先進(jìn)的技術(shù)的系統(tǒng)，究竟4G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)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(jìn)行簡單的分析。

1 4G的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 OFDM

OFDM技術(shù)可以看成是由傳統(tǒng)的頻分復(fù)用技術(shù)（FDM）發(fā)展而來的。OFDM最核心的思想是采用并行傳輸技術(shù)降低子路上傳輸?shù)男盘査俾?，使得OFDM符號長度比系統(tǒng)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(tǒng)將寬帶信道轉(zhuǎn)化為許多并行的正交子信道，從而將頻率選擇性信道轉(zhuǎn)化為一系列頻率平坦衰落信道，在頻域內(nèi)僅需簡單的一階均衡器。OFDM系統(tǒng)的子載波間隔已達(dá)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(hù)間隔，最大化了系統(tǒng)頻譜效率。

1.2 智能天線

智能天線原名自適應(yīng)天線陣列（AAA，Adaptive Antenna Array），最初應(yīng)用于雷達(dá)、聲納等軍事等方面。智能天線成形波束能在空間域內(nèi)抑制交互干擾，增強(qiáng)特殊范圍內(nèi)有用的信號，這種技術(shù)既能改善信號質(zhì)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(yīng)方式和基于預(yù)多波束的波束切換方式。全自適應(yīng)智能天線雖然從理論上講可達(dá)到最優(yōu)，但相對而言各種算法均存在所需數(shù)據(jù)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(xiàn)錯誤收斂等缺點(diǎn)，實際信道條件下當(dāng)干擾較多、多徑嚴(yán)重，特別是信道快速時變時，很難對某一用戶進(jìn)行實時跟蹤。正是在這一背景下，提出了基于預(yù)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(yù)先計算好的波束分割覆蓋，各組權(quán)值對應(yīng)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(wù)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(yīng)方式相比它顯然更容易實現(xiàn)[1]。

1.3 MIMO

多入多出（MIMO）技術(shù)，即利用多根發(fā)射天線和多根接收天線進(jìn)行無線傳輸?shù)募夹g(shù)。由于電磁環(huán)境較為復(fù)雜，多徑效應(yīng)、頻率選擇性衰落和其他干擾的存在，使得實現(xiàn)無線信道的高速數(shù)據(jù)傳輸比有線信道傳輸難。通常多徑效應(yīng)會引起衰落，被視為有害因素。但對于MIMO系統(tǒng)來說，多徑效應(yīng)可以作為一個有利因素加以利用，因 MIMO系統(tǒng)在發(fā)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(tǒng)的原理圖如圖1 所示，其傳輸信息流S（k）經(jīng)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(fā)射出去，經(jīng)空間信道后由M個接收天線接收。多天線接收利用先進(jìn)的空時編碼處理就能夠分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流，從而實現(xiàn)最佳的處理。特別是這N個子流同時發(fā)送到信道時，各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射和接收天線間的通道響應(yīng)獨(dú)立，則MIMO系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨(dú)立地傳輸信息，在不占用額外的帶寬，也不消耗額外的發(fā)射功率的情況下，利用MIMO技術(shù)可以成倍地提高系統(tǒng)傳輸容量，大大提高了頻譜利用率[2]。

2 4G關(guān)鍵技術(shù)在中國的專利申請量分析

我國對4G技術(shù)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(fā)展研究技術(shù)即未來通用無線環(huán)境研究計劃（簡稱FuTURE計劃）開始。經(jīng)過14年的發(fā)展，4G從技術(shù)向產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，經(jīng)過系統(tǒng)集成，產(chǎn)品開發(fā)等環(huán)節(jié)，終于迎來了商用階段。作為技術(shù)發(fā)展的方向標(biāo)的專利申請文件，也體現(xiàn)了業(yè)界對于最新技術(shù)的研究方向。因此，筆者分析了2001年以來4G關(guān)鍵技術(shù)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(fā)人員和相關(guān)企業(yè)提高專利保護(hù)的意識，通過知識產(chǎn)權(quán)的武器來提高自身的國際競爭力。當(dāng)然，4G網(wǎng)絡(luò)中還有很多其他關(guān)鍵技術(shù)，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(guān)鍵技術(shù)不再一一進(jìn)行分析。

2.1 OFDM

（1）OFDM技術(shù)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(shù)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(dá)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，就OFDM技術(shù)而言，國內(nèi)申請人還是占多數(shù)達(dá)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(qū)的僅占總量的10%。上述統(tǒng)計圖反映了國內(nèi)申請人占大多數(shù)外，還反映了世界通信行業(yè)企業(yè)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(shù)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(shù)不同，智能天線技術(shù)在中國的專利申請從2006年才開始，總量不是很多，在2011年達(dá)到頂峰。同OFDM技術(shù)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，與OFDM技術(shù)相同，智能天線技術(shù)仍然是國內(nèi)申請人提交的申請量占絕大多數(shù)，達(dá)到總量的66%，其他國家和地區(qū)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(shù)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(shù)在中國的專利申請量2005年之前為0，從2005年才開始有相關(guān)MIMO技術(shù)的專利申請，之后逐漸增加，到2010年達(dá)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，與其他兩種技術(shù)相同，國內(nèi)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(jié)語

從上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，我國的專利申請的大部分都是由國內(nèi)申請人提交的，而且就通信行業(yè)而言，美國、日本、韓國、瑞典等世界通信行業(yè)的領(lǐng)先國仍然屬于專利申請大國，其發(fā)明人在外國申請專利的意識也很強(qiáng)。就4G技術(shù)而言，從開始研究到有專利申請也經(jīng)歷了3～4年的時間，因此廣大科技行業(yè)的工作者也需要提高自身的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識，提前將自己的勞動成果轉(zhuǎn)化成有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，才能促進(jìn)科技進(jìn)步，提高我國的知識創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

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

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

注：本文中的數(shù)據(jù)均來自中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局的專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)中的《中國專利文摘數(shù)據(jù)庫》（簡稱CNABS數(shù)據(jù)庫），該數(shù)據(jù)庫時有更新，本文中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計截止至2014年6月30日，而本文中引用上述數(shù)據(jù)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(shù)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(dá)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，就OFDM技術(shù)而言，國內(nèi)申請人還是占多數(shù)達(dá)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(qū)的僅占總量的10%。上述統(tǒng)計圖反映了國內(nèi)申請人占大多數(shù)外，還反映了世界通信行業(yè)企業(yè)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(shù)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(shù)不同，智能天線技術(shù)在中國的專利申請從2006年才開始，總量不是很多，在2011年達(dá)到頂峰。同OFDM技術(shù)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，與OFDM技術(shù)相同，智能天線技術(shù)仍然是國內(nèi)申請人提交的申請量占絕大多數(shù)，達(dá)到總量的66%，其他國家和地區(qū)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(shù)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(shù)在中國的專利申請量2005年之前為0，從2005年才開始有相關(guān)MIMO技術(shù)的專利申請，之后逐漸增加，到2010年達(dá)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，與其他兩種技術(shù)相同，國內(nèi)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(jié)語

從上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，我國的專利申請的大部分都是由國內(nèi)申請人提交的，而且就通信行業(yè)而言，美國、日本、韓國、瑞典等世界通信行業(yè)的領(lǐng)先國仍然屬于專利申請大國，其發(fā)明人在外國申請專利的意識也很強(qiáng)。就4G技術(shù)而言，從開始研究到有專利申請也經(jīng)歷了3～4年的時間，因此廣大科技行業(yè)的工作者也需要提高自身的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識，提前將自己的勞動成果轉(zhuǎn)化成有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，才能促進(jìn)科技進(jìn)步，提高我國的知識創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

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

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

注：本文中的數(shù)據(jù)均來自中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局的專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)中的《中國專利文摘數(shù)據(jù)庫》（簡稱CNABS數(shù)據(jù)庫），該數(shù)據(jù)庫時有更新，本文中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計截止至2014年6月30日，而本文中引用上述數(shù)據(jù)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(shù)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(dá)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，就OFDM技術(shù)而言，國內(nèi)申請人還是占多數(shù)達(dá)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(qū)的僅占總量的10%。上述統(tǒng)計圖反映了國內(nèi)申請人占大多數(shù)外，還反映了世界通信行業(yè)企業(yè)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(shù)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(shù)不同，智能天線技術(shù)在中國的專利申請從2006年才開始，總量不是很多，在2011年達(dá)到頂峰。同OFDM技術(shù)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，與OFDM技術(shù)相同，智能天線技術(shù)仍然是國內(nèi)申請人提交的申請量占絕大多數(shù)，達(dá)到總量的66%，其他國家和地區(qū)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(shù)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(shù)在中國的專利申請量2005年之前為0，從2005年才開始有相關(guān)MIMO技術(shù)的專利申請，之后逐漸增加，到2010年達(dá)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(shù)據(jù)只作為參考。

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

從上述國別統(tǒng)計圖可以看到，與其他兩種技術(shù)相同，國內(nèi)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(jié)語

從上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，我國的專利申請的大部分都是由國內(nèi)申請人提交的，而且就通信行業(yè)而言，美國、日本、韓國、瑞典等世界通信行業(yè)的領(lǐng)先國仍然屬于專利申請大國，其發(fā)明人在外國申請專利的意識也很強(qiáng)。就4G技術(shù)而言，從開始研究到有專利申請也經(jīng)歷了3～4年的時間，因此廣大科技行業(yè)的工作者也需要提高自身的知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識，提前將自己的勞動成果轉(zhuǎn)化成有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，才能促進(jìn)科技進(jìn)步，提高我國的知識創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)

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

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

注：本文中的數(shù)據(jù)均來自中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局的專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)中的《中國專利文摘數(shù)據(jù)庫》（簡稱CNABS數(shù)據(jù)庫），該數(shù)據(jù)庫時有更新，本文中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計截止至2014年6月30日，而本文中引用上述數(shù)據(jù)只是用來說明宏觀問題，因此望讀者能

夠理解。endprint