基于专利信息的近场通信技术（NFC）情报分析研究*

文/刘小青

基于专利信息的近场通信技术（NFC）情报分析研究*

文/刘小青

近场通信技术(NFC）是一种工作在13.56MHz频率的低速、近距离无线通信技术，允许在多个电子设备之间实现简单而安全的双向交互，已制定形成ISO/IEC IS 18092、ECMA-340和ETSI TS 102 190等国际标准。之所以被称为近场通信，是因为其工作原理是基于感应近场，在近场区域中，离开天线或电磁辐射源越远，场强衰减越大，信号就越弱，因此它非常适合用于短距离通信，特别是与安全相关的如支付和门禁等应用。

1 NFC技术的特征

NFC技术的出现，丰富了近距离无线通信技术的种类，完善了近距离无线通信的应用场景和范围，也为用户提供了更大的选择灵活性。与现存的诸多近距离无线通信技术相比，NFC技术具有明显的优势。

与RFID相比，近场通信技术中的信息也是通过无线频率的电磁感应耦合方式传递，利用了负载调制的功能。但两者之间还是存在很大的区别。首先，与RFID技术相比，NFC的传输距离更短，可以提供轻松、安全、迅速的无线连接。已知的RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，近场通信技术由于其独特的技术优势，对信号进行了有效衰减，从而有效地降低了电磁波的传输距离，因此NFC具有比RFID技术更近的传输距离、更高的带宽、更低的能耗等特点。其次，近场通信技术天生的优势是与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为越来越多主要厂商支持的正式标准，因此具有更广阔的应用前景和使用范围。同时，NFC技术是一种近距离连接协议，提供设备间轻松、迅速、安全而自动的通信。与其他无线连接方式相比，近场通信是一种近距离的私密通信方式。最后，近场通信与RFID的应用领域不同，NFC技术主要应用于门禁、公交、手机支付、交通、旅行、购物等领域，RFID技术则在生产、物流、跟踪、资产管理等领域内发挥着巨大的作用。

与红外技术相比，NFC技术提供一种面向消费者的、更近距离的交易机制，比红外传输方式更快、更可靠、更简单。与蓝牙传输技术相比，一方面，近场通信技术面向近距离交易，适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要私密数据；另一方面，蓝牙技术能够弥补NFC技术通信距离不足的缺点，可以应用于较长距离的数据通信。因此，NFC技术和蓝牙技术可以相互补充、共同存在。事实上，快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程，促进蓝牙的使用。（如表1所示）

表1 NFC、蓝牙、红外技术对比

正是由于近场通信技术具有独特的技术优势，以及其对多种标准规范的有效支持和兼容，加上NFC具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点，这让它在某些领域显得更具潜力。NFC通过一个芯片、一根天线和一些软件的组合，能够实现各种设备在几厘米范围内的通信，并且费用低廉。近几年随着智能手机的普及，NFC技术逐渐走入寻常百姓家，众多厂商纷纷在自己的终端设备中加入了NFC功能，抢占NFC市场先机。

2 NFC技术研发的关键点

NFC的工作频段是12.33-14.99 MHz。为了保证NFC信号的频谱范围在13.56 MHz频段内，NFC信号的波特率必须小于1 Mbps。当数据传输速率大于1 Mbps时，只有采用多进制调制才能满足高速传输要求。如果采用多进制ASK调制脉冲波形，则由于脉冲波形的调制度较低，多进信号的分辨率很低，这将导致系统输出信噪比的严重下降。

随着数据传输速率的上升，脉冲的宽度变得越来越窄，对电路的脉冲响应要求也愈来愈高。为了减小电路的实现难度，在高速传输时可以采用Miller码进行信源编码。

NFC通信系统是个典型的多用户开放式系统。为了防止干扰正在工作的其它NFC设备(包括工作在此频段的其它电子设备)，任何NFC设备在呼叫工作前都要进行系统初始化以检测周围正在工作的其它设备。当检测到周围的射频场小于规定的门限值时，方可呼叫。所以防冲突机制的设计对于NFC系统的正常工作十分重要。

传输协议的设计是数据传输的有效性与可靠性的关键，一般来说传输协议分为三个过程：协议激活、数据交换、协议关闭。每一步的设计都影响后续过程的正常有效运行。

3 NFC领域专利分析

NFC作为一种与标准相关的短距离通信技术，其所涉及的技术特征根据相关标准而被明确地定义，因而，其涉及的技术主题仅为NFC，相应的技术特征也与NFC相关、或者基于NFC技术向其他领域扩展，所以，仅仅将用NFC比较规范的关键词NFC、NEAR FIELD COMMUNICATION、近场通信进行限定。同时，通过初步检索和统计分析可以发现，NFC技术领域分类号分布很分散，但主要集中在H部和G部，通过查阅H、G部的分类号表，可大致确定NFC专利可能涉及的分类号。通过关键词和分类号合并检索，本研究可得到相关NFC专利3945项，共计8923件。

3.1 全球专利申请基本态势

按最早申请年对基带芯片领域的全球专利申请情况进行统计，从图2可知：2004年前，NFC技术相关专利申请较少；2005年后，NFC技术专利申请量持续增多，并在2011年后呈现出较大的增长趋势；2013年后，NFC技术专利申请量呈现下滑趋势，NFC技术趋向成熟。（如图1所示）

图1 NFC领域全球专利申请情况（按最早申请年统计，单位：项）

从NFC从专利的公开地区看，这一领域的专利申请主要集中在中国、美国韩国、欧洲和日本，其中，我国大陆的专利公开数量最多，达1820件，说明全球各研发机构对我国大陆地区NFC市场的重视，也可以看出中国是各研发机构专利布局和市场挖掘的重要地区。（如表2所示）

表2 NFC领域专利的主要公开地区及专利申请量（单位：件）

3.2 NFC领域的主要技术专题

以国际IPC分类号的“小组”级别对各专利申请进行分类，根据各个小组的专利申请数，得到排名居前的10个热点技术专题，各个专题的专利数量占比和技术要点如表3所示。

表3 NFC领域10大热点技术专题

3.3 NFC技术领域主要研发机构

通过对检索到的3945项专利进行统计，根据申请人专利家族数排序，可以得到NFC技术领域的主要专利申请人，如表4所示。

表4 排名前10的专利申请人及专利申请数（单位：项）

对专利申请项数排名前五位的研发机构进行趋势分析可以看出，黑莓、博通、LG、三星、中兴这五家企业研发趋势较为相似,即起步于2008年以前，2010年后迅速增长，并在2012年、2013年达到增长顶峰后又迅速下滑。作为NFC主要研发力量的五家企业在同一时段出现申请数的迅速下滑，最有可能的原因是，随着技术的商业化应用，NFC技术已经出现了新的市场和技术瓶颈。（如图2所示）

图2 主要研发机构专利申请趋势

通过对专利文献进行内容分析，可以获得各主要研发机构的研究重点，以及该机构NFC领域的代表专利，如表5所示。

表5 前10个技术研发机构的专利申请对比情况

序号申请人代表专利专利申请的技术分布情况（I P C分类）4博通公司U S 2 0 1 3 0 2 1 7 3 2 6 U S 2 0 1 3 0 3 4 4 8 0 7 U S 2 0 1 6 0 2 3 4 6 3 1 U S 2 0 1 3 0 0 2 3 2 0 8 U S 2 0 1 4 0 1 6 2 5 5 3 U S 2 0 1 2 0 2 3 1 7 3 4 E P 2 1 3 7 8 3 2 U S 2 0 1 3 0 2 8 1 0 1 5 L G U S 2 0 1 4 0 2 5 3 3 9 6 C N 1 0 3 1 5 5 6 9 2 I N 2 0 0 8 K N 0 1 8 5 3 K R 2 0 1 0 0 0 7 2 1 1 5 K R 2 0 1 4 0 1 1 3 1 1 8 E P 2 5 6 8 6 9 3 U S 2 0 1 4 0 0 9 1 9 8 7 C N 1 0 2 9 5 6 0 7 9 6高通公司J P 2 0 1 3 0 1 7 1 8 8 E P 2 3 3 8 2 3 8 U S 2 0 0 9 0 1 5 7 8 3 4 J P 2 0 1 4 1 9 5 2 7 0 I N 2 0 1 3 C N 0 4 5 9 3 I N 2 0 0 9 M N 0 1 6 3 9 U S 2 0 1 2 0 1 5 0 6 6 9 K R 2 0 1 4 0 0 2 5 4 1 0 7 S O N Y U S 2 0 1 5 0 3 1 9 5 6 6 J P 2 0 1 0 5 0 5 1 9 2 A T E 5 4 5 0 9 9 J P 2 0 1 0 5 1 2 0 6 0 U S 2 0 0 8 0 0 9 3 4 4 7 U S 2 0 1 4 0 0 5 3 0 8 0 U S 2 0 1 6 0 1 8 2 1 2 5 D E 6 0 2 0 0 4 0 3 0 7 2 9 8英特尔U S 2 0 1 0 0 0 2 3 4 4 9 E P 2 4 9 0 4 0 5 W O 2 0 1 2 4 7 6 9 2 K R 2 0 1 1 0 1 2 8 2 5 1 E P 2 7 9 8 5 8 0 E P 2 7 9 2 1 7 4 U S 2 0 1 4 0 0 8 7 7 0 5 E P 2 7 9 2 2 0 7 9恩智浦半导体U S 2 0 1 3 0 1 2 2 8 1 6 U S 2 0 1 5 0 2 9 6 3 3 0 U S 2 0 1 4 0 3 4 9 5 7 4 W O 2 0 0 9 5 0 6 2 5 E P 2 2 7 9 5 0 2 U S 2 0 1 2 0 2 0 7 3 0 5 W O 2 0 0 9 1 1 5 9 9 7 C N 1 0 1 5 3 6 3 4 5 1 0 S K电信E P 1 8 0 4 4 7 5 T W 2 0 0 7 3 7 7 7 7 T W 2 0 0 7 1 8 0 5 6 U S 2 0 1 2 0 2 2 0 2 2 9 C N 1 0 1 6 4 5 1 2 9 K R 2 0 0 8 0 0 2 7 5 4 1 K R 2 0 0 9 0 0 0 0 0 6 0 K R 2 0 0 9 0 0 0 0 0 6 0

3.4 技术发源地研究实力对比分析

对检索得到的8923件专利的申请人所在国家（地区）进行统计可知，NFC技术领域的专利申请人主要集中在以下几个国家和地区（如图3所示），其专利申请量约占整个技术领域申请量的90%。其中，美国、韩国、中国申请的专利数量最多，占比超过一半。

图3 NFC领域的全球专利申请人分布情况1（单位：件）

将全球主要申请国家和地区不同年份的专利申请量进行统计比较（图4），可发现：美国、韩国NFC领域专利申请时间较早，且在连续的十几年里在数量上保持领先优势。可以说，美国、韩国NFC技术研发技术起步较早，且一直处于明显的“领跑”地位；日本、法国、加拿大的增长趋势较为平缓，而美国、韩国、中国这三个国家的专利申请量在2010年急剧增长，并在2012年、2013年达到顶峰，随后开始急剧下滑。这一情况与该领域的专利技术主要掌握在领头企业的实际情况有关，这些企业在某一年份的专利申请量决定了该地区整年的专利申请量，也有可能是2012年、2013年后NFC技术在一些地区推广受挫使得部分企业退出了该技术的研发。

图4 各主要技术发源地的专利申请对比情况（单位：件）

4 结论

通过对NFC专利文献进行统计和内容分析可知，美国、韩国在NFC技术领域有较强的实力，他们最早启动NFC领域的研发，在专利质量和专利申请总量上都比其他国家和地区有优势。近年来，我国大陆，中兴、华为、腾讯等龙头企业，以及OPPO、惠州TCL、小米等移动智能终端企业开始发力，在NFC技术研发和应用开发领域形成了可观的专利。尤其是中兴，其在申请总量上已经排进全球第三，PCT专利占比较高，且已经在欧洲，美国等地进行了专利布局。

从目前的市场应用来看，NFC最有前景的应用是移动支付。基于NFC技术的移动支付方法、装置、终端研发也是各研发机构专利申请最为活跃的领域，而如何提高NFC系统的传输速率、如何增强NFC系统的安全性、如何降低NFC装置的成本，将是未来研发的重点和热点。

刘小青（1989-），女，硕士研究生，任职于广东省科学技术情报研究所，研究方向为科技政策咨询。

广东省科技计划项目“面向移动互联网关键领域的专利地图技术创新服务系统”（2014B040405008）

1按照国际上对专利文献的标识惯例，我国大陆和台湾地区的公开代码分别为CN和TW。