基于專利分析的NB-IoT技術(shù)發(fā)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(shù)信息和產(chǎn)業(yè)信息，通過對專利數(shù)據(jù)分析，可以判斷技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和態(tài)勢。NB-IoT技術(shù)位于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)體系的網(wǎng)絡(luò)層，是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過對NB-IoT技術(shù)專利申請量趨勢、技術(shù)產(chǎn)出區(qū)域分布、目標(biāo)市場發(fā)布、全球主要申請人排名等進(jìn)行分析，揭示NB-IoT技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r與趨勢，了解NB-IoT技術(shù)發(fā)展前景，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前存在的問題。

關(guān)鍵詞：專利統(tǒng)計(jì);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);NB-IoT技術(shù);專利分析;技術(shù)信息;產(chǎn)業(yè)信息

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

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮[1]。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，位于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)體系的網(wǎng)絡(luò)層，也被叫作低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。NB-IoT支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，支持待機(jī)時(shí)間長、對網(wǎng)絡(luò)連接要求較高設(shè)備的高效連接。NB-IoT設(shè)備電池壽命可以提高至少10年，同時(shí)還能提供非常全面的室內(nèi)蜂窩數(shù)據(jù)連接覆蓋[2]。

NB-IoT技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的重要組成部分，其功耗低、信號覆蓋強(qiáng)、成本低、連接數(shù)量多等優(yōu)點(diǎn)，受到了業(yè)界高度關(guān)注，已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題和重點(diǎn)發(fā)展對象。具體而言，NB-IoT技術(shù)與傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相比，具有強(qiáng)大的兼容性，在蜂窩物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建新的技術(shù)形式，在使用過程中能夠有效解決室內(nèi)覆蓋范圍的問題，支持各種分辨率的設(shè)備接入，對于低時(shí)延的現(xiàn)象比較敏感，有效降低了物聯(lián)網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本，進(jìn)一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)通信的架構(gòu)，確保物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)低功耗的優(yōu)勢[3-4]。NB-IoT技術(shù)在實(shí)際發(fā)展過程中，不同行業(yè)和企業(yè)針對不同場景對NB-IoT技術(shù)的應(yīng)用情況針對性開發(fā)。

目前，通過專利統(tǒng)計(jì)對物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析和預(yù)測，對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展起到積極作用[5-10]。鑒于此，本文通過NB-IoT技術(shù)研究、專利分析、專題投射和對策綜合分析，揭示NB-IoT技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，了解NB-IoT技術(shù)的發(fā)展前景，發(fā)現(xiàn)當(dāng)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(shù)全球及中國申請趨勢對比圖。由圖1可見，在全球范圍內(nèi)，有關(guān)NB-IoT技術(shù)的專利申請起步較早，1999年后開始萌芽，相關(guān)專利申請逐漸出現(xiàn)，且數(shù)量達(dá)到兩位數(shù);到2012年，專利申請量已經(jīng)突破三位數(shù)，2016年全球的NB-IoT技術(shù)專利申請數(shù)量已經(jīng)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(shù)的研發(fā)保持了持續(xù)的熱度，相關(guān)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(shí)間點(diǎn)和申請趨勢來看，2014年以前國外已經(jīng)有研發(fā)團(tuán)隊(duì)開始對NB-IoT進(jìn)行早期的探索研發(fā)。

相對于全球歷年專利申請量的發(fā)展趨勢，中國相關(guān)技術(shù)起步較晚。中國的專利申請雖然從2014年已經(jīng)開始，但是數(shù)量甚少，2015年相關(guān)專利申請數(shù)量接近200件，2016年暴增至900多件。可見在NB-IoT的技術(shù)研發(fā)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(fā)展，中國的技術(shù)實(shí)力增長速度令人不容小覷。自2016年中國的NB-IoT技術(shù)的專利申請數(shù)量出現(xiàn)激增后，每年申請數(shù)量已占全球的50%左右。主要原因之一是我國的企業(yè)—華為和中興等NB-IoT技術(shù)主要研發(fā)龍頭企業(yè)產(chǎn)出大量的研究成果;另一方面由于經(jīng)過前幾年的積累與市場的發(fā)展，更多的研發(fā)團(tuán)體提高了對NB-IoT技術(shù)的關(guān)注度。此外，還反映出中國政府對NB-IoT這一高新技術(shù)領(lǐng)域的扶持和鼓勵。

2 NB-IoT技術(shù)全球產(chǎn)出區(qū)域分布

NB-IoT技術(shù)產(chǎn)出國家/地區(qū)構(gòu)成比例如圖2所示。由圖2可見，在NB-IoT技術(shù)領(lǐng)域，占據(jù)技術(shù)原創(chuàng)國第一位的是中國，在總申請量中有近1/2的申請量原創(chuàng)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(yuǎn)超其他國家。

伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的普遍性，NB-IoT技術(shù)覆蓋廣、連接多、速率快、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點(diǎn)更被快速普遍應(yīng)用。中國作為一個物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的國家，物聯(lián)網(wǎng)涉及運(yùn)營商、車聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療、智能家居、電力、智慧農(nóng)業(yè)等多個產(chǎn)業(yè)，參與研究的企業(yè)數(shù)量也極為龐大。中國NB-IoT技術(shù)的主要研發(fā)企業(yè)以華為和中興為代表，尤其是華為作為該技術(shù)的領(lǐng)先者，無疑為中國的NB-IoT技術(shù)做出了大量的貢獻(xiàn)。

美國在電子通信行業(yè)的技術(shù)處于領(lǐng)先地位，擁有較強(qiáng)研發(fā)實(shí)力的研發(fā)團(tuán)隊(duì)都被幾個龍頭企業(yè)所壟斷，例如高通、英特爾等。

日本和瑞典雖然是發(fā)達(dá)國家，但是因?yàn)閲业氖袌鱿鄬^小，投入物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)的團(tuán)隊(duì)規(guī)模也較小，NB-IoT的應(yīng)用主要集中在電信運(yùn)營商。

3 NB-IoT技術(shù)全球目標(biāo)市場分析

圖3顯示的是NB-IoT技術(shù)的目標(biāo)申請國家/地區(qū)構(gòu)成比例。目標(biāo)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(shù)申請人/企業(yè)認(rèn)為需要進(jìn)行專利保護(hù)和技術(shù)搶占的關(guān)鍵地區(qū)。

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(shù)量差距懸殊，全球的主要市場目標(biāo)集中在中國和美國，說明這兩個地區(qū)也是眾多申請人認(rèn)為具有巨大市場和發(fā)展?jié)摿Φ牡胤健?/p>

目標(biāo)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?yàn)樵瓌?chuàng)技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)，本土申請量較大;另一方面，中國也是世界其他各國高度關(guān)注的競爭市場，是進(jìn)行專利保護(hù)和技術(shù)搶占的關(guān)鍵國家，這直接導(dǎo)致了未來市場的激烈競爭。

另外，世界知識產(chǎn)權(quán)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(shù)量都比較多。由此說明，NB-IoT技術(shù)仍具有極大的市場空間，很多潛在技術(shù)仍在發(fā)展中，可應(yīng)用的終端行業(yè)領(lǐng)域也在不斷拓展。鑒于此種情況，很多企業(yè)仍處于研發(fā)和觀望狀態(tài)，所以采取通過PCT的方式占領(lǐng)技術(shù)的時(shí)間點(diǎn)。而歐洲的專利申請數(shù)量是僅次于中國和美國的，由于歐洲板塊的地域特性和發(fā)展?fàn)顩r，很多專利權(quán)人會將專利申請直接瞄準(zhǔn)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(shí)是一個很重要的NB-IoT技術(shù)市場。

4 NB-IoT技術(shù)全球主要申請企業(yè)分析

圖4給出全球范圍內(nèi)NB-IoT技術(shù)相關(guān)專利申請量排名前10位的申請企業(yè)，圖中所列的10位申請企業(yè)將可能成為未來該技術(shù)領(lǐng)域中的主要競爭對手。具體而言，在該領(lǐng)域內(nèi)，申請量最多的是高通和愛立信，處于第一梯隊(duì)，它們的申請量都在1 000件左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他公司，高通和愛立信都是最早一批開始研發(fā)NB-IoT技術(shù)的企業(yè)之一。高通一直致力于通信芯片的研發(fā)，對于NB-IoT技術(shù)，更是付出了大量的研發(fā)投入，可以覆蓋高通技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品涉及多個領(lǐng)域，包括交通運(yùn)輸、智能手表、工業(yè)樓宇、基礎(chǔ)設(shè)施、LED照明、能源計(jì)量、家居自動化等。愛立信重點(diǎn)技術(shù)集中在電信通信領(lǐng)域，基于愛立信技術(shù)的終端設(shè)備，將NB-IoT技術(shù)推廣到多種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，因此也相應(yīng)申請了大量的專利。

處于第二梯隊(duì)的是中國的華為和中興。對于物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，華為是最早推進(jìn)的。作為NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)的推動者，華為和高通是NB-IoT芯片的兩大重要企業(yè)，其研發(fā)重點(diǎn)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(fā)重點(diǎn)同樣在NB-IoT的通信芯片，也是面向物聯(lián)網(wǎng)的廣域低功耗技術(shù)的主要推進(jìn)者。中興為運(yùn)營商和產(chǎn)業(yè)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(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)平臺的研究。

第三梯隊(duì)是申請量較少的企業(yè)，包括英特爾、樂金、夏普、三星、上海郎帛和日本電報(bào)電話。英特爾重點(diǎn)研發(fā)的是NB-IoT的計(jì)算芯片。除上海郎帛通信技術(shù)外，其他公司都是業(yè)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(shù)有限公司，經(jīng)營范圍的重點(diǎn)是通信技術(shù)領(lǐng)域，企業(yè)成員專家大都來自世界頂級通信實(shí)驗(yàn)室（貝爾實(shí)驗(yàn)室、飛利浦等），目前已有數(shù)百件專利申請，在NB-IoT技術(shù)上有較大的研發(fā)投入，是NB-IoT技術(shù)的后起之秀，可列入重點(diǎn)關(guān)注范圍。

由全球排名前10的研發(fā)團(tuán)隊(duì)可見，目前領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊(duì)都是行業(yè)內(nèi)有著雄厚實(shí)力的大型企業(yè)，但因?yàn)镹B-IoT技術(shù)仍處于研發(fā)上升期，所以不乏很多新興的中小型企業(yè)加入到該技術(shù)的研發(fā)中。

5 結(jié) 語

NB-IoT是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一個新興的技術(shù)，具有高性能、遠(yuǎn)距離、低功耗等突出特點(diǎn)，使得它可以在短時(shí)間內(nèi)迅速發(fā)展成物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的寵兒。

全球NB-IoT技術(shù)處于快速發(fā)展階段，中國、美國、瑞典、韓國、日本等國發(fā)展較快。在全球范圍內(nèi)，有關(guān)NB-IoT技術(shù)的專利申請起步較早，1999年后開始萌芽，相關(guān)專利申請逐漸出現(xiàn)，在2011—2017年期間NB-IoT技術(shù)的專利申請量出現(xiàn)了高速增長，該技術(shù)的研發(fā)保持了持續(xù)的熱度，且相關(guān)研究正處于上升階段。NB-IoT技術(shù)的研發(fā)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(chuàng)申請量排名第一，原創(chuàng)比例所占高達(dá)47%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他國家/地區(qū)。在NB-IoT領(lǐng)域，中國、美國、瑞典、韓國、日本這五個國家的技術(shù)研發(fā)能力突出，技術(shù)優(yōu)勢明顯，研發(fā)力量活躍度高，整體實(shí)力處于全球前端且知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識也相對較強(qiáng)。

中國NB-IoT技術(shù)產(chǎn)出量位居全球第一，遠(yuǎn)超其他國家。雖然中國相關(guān)技術(shù)起步較晚，在2014年才有相關(guān)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(shù)研發(fā)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，中國的技術(shù)實(shí)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(shù)主要研發(fā)龍頭企業(yè)產(chǎn)出大量的研究成果;其次是經(jīng)過前幾年的積累與市場的發(fā)展，更多的研發(fā)團(tuán)體開始關(guān)注NB-IoT技術(shù)，中國市場已經(jīng)是全球主要目標(biāo)市場之一，伴隨而來的勢必是中國有更多的NB-IoT相關(guān)企業(yè)及NB-IoT技術(shù)的高速發(fā)展。

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