基于专利分析的NB-IoT技术发展研究

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　　摘 要：专利融合技术信息和产业信息，通过对专利数据分析，可以判断技术和产业发展现状和态势。NB-IoT技术位于物联网技术架构体系的网络层，是物联网的关键技术之一。通过对NB-IoT技术专利申请量趋势、技术产出区域分布、目标市场发布、全球主要申请人排名等进行分析，揭示NB-IoT技术的发展状况与趋势，了解NB-IoT技术发展前景，发现当前存在的问题。
　　關键词：专利统计;物联网技术;NB-IoT技术;专利分析;技术信息;产业信息
　　中图分类号：TP393.4 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2020）05-00-03
　　0 引 言
　　物联网（Internet of Things，IoT）是新一代信息技术的重要组成部分。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。
　　窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）是物联网领域一个新兴的技术，位于物联网技术架构体系的网络层，也被叫作低功耗广域网（LPWAN）。NB-IoT支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖[2]。
　　NB-IoT技术作为物联网通信技术的重要组成部分，其功耗低、信号覆盖强、成本低、连接数量多等优点，受到了业界高度关注，已经成为物联网通信领域的重点研究课题和重点发展对象。具体而言，NB-IoT技术与传统的物联网通信技术相比，具有强大的兼容性，在蜂窝物联网无线技术的基础上构建新的技术形式，在使用过程中能够有效解决室内覆盖范围的问题，支持各种分辨率的设备接入，对于低时延的现象比较敏感，有效降低了物联网通信网络建设的成本，进一步优化物联网通信的架构，确保物联网通信技术低功耗的优势[3-4]。NB-IoT技术在实际发展过程中，不同行业和企业针对不同场景对NB-IoT技术的应用情况针对性开发。
　　目前，通过专利统计对物联网行业的发展状况进行分析和预测，对物联网的发展起到积极作用[5-10]。鉴于此，本文通过NB-IoT技术研究、专利分析、专题投射和对策综合分析，揭示NB-IoT技术的发展现状与趋势，了解NB-IoT技术的发展前景，发现当前存在的问题。
　　1 NB-IoT专利申请趋势对比分析
　　图1为NB-IoT技术全球及中国申请趋势对比图。由图1可见，在全球范围内，有关NB-IoT技术的专利申请起步较早，1999年后开始萌芽，相关专利申请逐渐出现，且数量达到两位数;到2012年，专利申请量已经突破三位数，2016年全球的NB-IoT技术专利申请数量已经超过2 000件。2011—2017年申请量的高速增长表明，在这一阶段该技术的研发保持了持续的热度，相关研究正处于上升阶段。虽然NB-IoT是2014年才被提出的，但从专利的申请时间点和申请趋势来看，2014年以前国外已经有研发团队开始对NB-IoT进行早期的探索研发。
　　相对于全球历年专利申请量的发展趋势，中国相关技术起步较晚。中国的专利申请虽然从2014年已经开始，但是数量甚少，2015年相关专利申请数量接近200件，2016年暴增至900多件。可见在NB-IoT的技术研发上，中国虽然前期探索投入较少，但是伴随NB-IoT的正式提出和高速发展，中国的技术实力增长速度令人不容小觑。自2016年中国的NB-IoT技术的专利申请数量出现激增后，每年申请数量已占全球的50%左右。主要原因之一是我国的企业—华为和中兴等NB-IoT技术主要研发龙头企业产出大量的研究成果;另一方面由于经过前几年的积累与市场的发展，更多的研发团体提高了对NB-IoT技术的关注度。此外，还反映出中国政府对NB-IoT这一高新技术领域的扶持和鼓励。
　　2 NB-IoT技术全球产出区域分布
　　NB-IoT技术产出国家/地区构成比例如图2所示。由图2可见，在NB-IoT技术领域，占据技术原创国第一位的是中国，在总申请量中有近1/2的申请量原创于中国，占总申请量的47%。接下来申请量排名分别是美国、日本和瑞典，申请量分别占到25%，7%，6%。中国的专利申请量远超其他国家。
　　伴随物联网技术应用的普遍性，NB-IoT技术覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点更被快速普遍应用。中国作为一个物联网高速发展的国家，物联网涉及运营商、车联网、智慧医疗、智能家居、电力、智慧农业等多个产业，参与研究的企业数量也极为庞大。中国NB-IoT技术的主要研发企业以华为和中兴为代表，尤其是华为作为该技术的领先者，无疑为中国的NB-IoT技术做出了大量的贡献。
　　美国在电子通信行业的技术处于领先地位，拥有较强研发实力的研发团队都被几个龙头企业所垄断，例如高通、英特尔等。
　　日本和瑞典虽然是发达国家，但是因为国家的市场相对较小，投入物联网研发的团队规模也较小，NB-IoT的应用主要集中在电信运营商。
　　3 NB-IoT技术全球目标市场分析
　　图3显示的是NB-IoT技术的目标申请国家/地区构成比例。目标申请国家的申请量越大，所占比例越多，越能说明这个地方是大多数申请人/企业认为需要进行专利保护和技术抢占的关键地区。
　　从图3可以看出，排名前三的国家是中国、美国和印度，但是三者之间的数量差距悬殊，全球的主要市场目标集中在中国和美国，说明这两个地区也是众多申请人认为具有巨大市场和发展潜力的地方。
　　目标申请国中中国的申请量最大，所占比例近全球所有申请的1/2。这一方面是因为原创技术实力较强，本土申请量较大;另一方面，中国也是世界其他各国高度关注的竞争市场，是进行专利保护和技术抢占的关键国家，这直接导致了未来市场的激烈竞争。 　　另外，世界知识产权组织的专利申请有2 700件，欧洲专利局的专利申请有684件，数量都比较多。由此说明，NB-IoT技术仍具有极大的市场空间，很多潜在技术仍在发展中，可应用的终端行业领域也在不断拓展。鉴于此种情况，很多企业仍处于研发和观望状态，所以采取通过PCT的方式占领技术的时间点。而欧洲的专利申请数量是仅次于中国和美国的，由于欧洲板块的地域特性和发展状况，很多专利权人会将专利申请直接瞄准整个欧洲市场，在欧洲专利局直接做专利申请。由此可见，欧洲其实是一个很重要的NB-IoT技术市场。
　　4 NB-IoT技术全球主要申请企业分析
　　图4给出全球范围内NB-IoT技术相关专利申请量排名前10位的申请企业，图中所列的10位申请企业将可能成为未来该技术领域中的主要竞争对手。具体而言，在该领域内，申请量最多的是高通和爱立信，处于第一梯队，它们的申请量都在1 000件左右，远远超出其他公司，高通和爱立信都是最早一批开始研发NB-IoT技术的企业之一。高通一直致力于通信芯片的研发，对于NB-IoT技术，更是付出了大量的研发投入，可以覆盖高通技术的物联网产品涉及多个领域，包括交通运输、智能手表、工业楼宇、基础设施、LED照明、能源计量、家居自动化等。爱立信重点技术集中在电信通信领域，基于爱立信技术的终端设备，将NB-IoT技术推廣到多种物联网应用场景，因此也相应申请了大量的专利。
　　处于第二梯队的是中国的华为和中兴。对于物联网标准的发展，华为是最早推进的。作为NB-IoT标准的推动者，华为和高通是NB-IoT芯片的两大重要企业，其研发重点都在于NB-IoT的通信芯片。中兴排名次于华为，与华为和高通一样，研发重点同样在NB-IoT的通信芯片，也是面向物联网的广域低功耗技术的主要推进者。中兴为运营商和产业打造了基于NB-IoT的端到端解决方案，积极投入对芯片、终端、系统和物联网平台的研究。
　　第三梯队是申请量较少的企业，包括英特尔、乐金、夏普、三星、上海郎帛和日本电报电话。英特尔重点研发的是NB-IoT的计算芯片。除上海郎帛通信技术外，其他公司都是业界较为有影响力的公司。中国于2013年成立上海郎帛通信技术有限公司，经营范围的重点是通信技术领域，企业成员专家大都来自世界顶级通信实验室（贝尔实验室、飞利浦等），目前已有数百件专利申请，在NB-IoT技术上有较大的研发投入，是NB-IoT技术的后起之秀，可列入重点关注范围。
　　由全球排名前10的研发团队可见，目前领先的研发团队都是行业内有着雄厚实力的大型企业，但因为NB-IoT技术仍处于研发上升期，所以不乏很多新兴的中小型企业加入到该技术的研发中。
　　5 结 语
　　NB-IoT是物联网领域一个新兴的技术，具有高性能、远距离、低功耗等突出特点，使得它可以在短时间内迅速发展成物联网领域的宠儿。
　　全球NB-IoT技术处于快速发展阶段，中国、美国、瑞典、韩国、日本等国发展较快。在全球范围内，有关NB-IoT技术的专利申请起步较早，1999年后开始萌芽，相关专利申请逐渐出现，在2011—2017年期间NB-IoT技术的专利申请量出现了高速增长，该技术的研发保持了持续的热度，且相关研究正处于上升阶段。NB-IoT技术的研发主要来源于中国和美国，中国和美国的专利申请占到了全部申请的72%，而中国原创申请量排名第一，原创比例所占高达47%，远远高于其他国家/地区。在NB-IoT领域，中国、美国、瑞典、韩国、日本这五个国家的技术研发能力突出，技术优势明显，研发力量活跃度高，整体实力处于全球前端且知识产权保护意识也相对较强。
　　中国NB-IoT技术产出量位居全球第一，远超其他国家。虽然中国相关技术起步较晚，在2014年才有相关专利申请，但到2015—2016年，专利申请量暴增至近1 000件，可见2016年后中国在NB-IoT的技术研发进入了高速发展时期，中国的技术实力增长速度令人不容小觑。其原因之一是华为和中兴等NB-IoT技术主要研发龙头企业产出大量的研究成果;其次是经过前几年的积累与市场的发展，更多的研发团体开始关注NB-IoT技术，中国市场已经是全球主要目标市场之一，伴随而来的势必是中国有更多的NB-IoT相关企业及NB-IoT技术的高速发展。
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