基于专利计量的5G通信企业竞争态势分析

肖翔，赵辉

（中国科学技术信息研究所，北京 100038）

基于专利计量的5G通信企业竞争态势分析

肖翔，赵辉

（中国科学技术信息研究所，北京 100038）

5G技术已经成为通信行业的研究热点，世界各国各企业都在积极关注和制定5G研发战略，以求在5G国际标准制定之前能在技术和专利布局上占据优势地位。本文基于专利计量来分析国内外企业在5G通信领域的专利布局和技术竞争态势。研究方法上主要采用统计学、社会网络分析和VOSViewer等可视化工具。最后结合分析对我国企业和研究机构在技术研发和专利布局等方面提出了3点建设性意见，助益中国5G通信标准化发展。

5G标准化；专利计量；引用网络；专利权人；企业竞争力

目前5G技术已经成为通信行业的研究热点，世界各国企业都在积极关注和制定5G研发战略，以求在5G国际标准制定之前能在技术和专利布局上占据优势地位。为推动5G的发展，IMT-2020（5G）推进组已经明确了全球5G的工作时间表。中国要在5G标准制定中赢得优势，国家和企业在技术研发初期需要做出一些有针对性的发展规划。本文基于潜在的5G关键技术构建专利检索式，结合专利信息检索分析平台分别对全球和中国的5G专利进行分析，以期能从专利情报分析的角度得到目前全球5G技术发展概况，以预测未来5G技术的布局和走势，给我国企业和研究机构在技术研发和专利布局等方面提供一定的参考意见。

1 数据与方法

1.1 数据获取与清洗

本文选取德温特专利数据库为数据源。DII将德温特世界专利索引（DWPI）与专利引文索引（PCI）有机地整合在一起，数据可以回溯至1963年，是目前非常权威的全球专利数据库。在检索式构建过程中，仔细研读IMT-2020(5G)推进组于2015年2月发布的《5G概念白皮书》，5G关键技术主要来源于无线技术和网络技术两方面。其中无线技术领域，大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等技术已成为业界关注的焦点；在网络技术领域，基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的新型网络架构已取得广泛共识。此外，基于滤波的正交频分复用（F-OFDM）、滤波器组多载波（FBMC)、全双工、灵活双工、终端直通（D2D）、多元低密度奇偶检验（Q-ary LDPC）码、网络编码、极化码等也被认为是5G重要的潜在无线关键技术。将白皮书中提取的关键技术词作为检索词，并将研究领域限定在德温特分类的通信领域，DC=(W01 OR W02)，然后采用布尔逻辑连接符OR构建检索式，时间跨度 ： 2012-2017年。索引 ： CDerwent，EDerwent，MDerwent。共检索获取到7 153条专利数据。

针对专利著录项的异形同义误差，参照德温特世界专利索引数据库中专利权人代码编制规则将异形同义的企业及其附属子公司的专利权人名称进行合并。如 NOKIA CORP和 NOKIA INC、ZTE CORP和ZTE COMMUNICATION CO LTD、ALCATEL LUCENT和ALCATEL-LUCENT USA INC等，最后经人工筛选得到专利数据共6 924条。根据专利公开数量对机构进行排序，选取排名前25的企业进行后续分析。

1.2 研究方法

（1）专利指标统计与图表绘制：从专利数量、总被引频次、被引专利数量、最大引证数、自引证次数进行统计，计算专利百分比、篇均被引频次、专利引证率、技术独立性等指标进行专利权人技术质量及实力的评估。专利引证率是专利被引用数量和专利数量的比值，反映了公司专利的质量和技术实力；自引证次数是公司内部专利引用自家专利的次数，反映了一家公司技术完整性和独立性的情况，技术独立性指标是自引证次数与被引用数量的比值。

（2）专利权人引用聚类主要借助知识图谱工具VOSViewer进行分析。专利权人引用关系矩阵（ACA）是建立在专利引用关系（PCI）基础上，通过矩阵间关系运算转化而成的矩阵，表征专利权人之间的相互引用关系。其运算转化关系可表示为：ACA=AP×PCI×APT。在上述理论构建的基础上，专利权人引用关系矩阵可以采用相应的软件和工具进行实现。使用TDA专利分析软件提供矩阵创建分析功能，选择Cross-Correlation模式。实证部分则采用知识图谱同居VOSViewer进行图谱绘制和聚类分析。

（3）专利权人引用网络的测度拟采用社会网络分析方法中的中心度指标对专利权人之间的关系进行度量。研究旨在理清专利权人之间的专利引用关系，侧重于对社会网络内节点的个体研究，中心度是个体权重的量化分析。为此，选择中心度作为专利引用网络的分析指标，具体包括点的点度中心度、中间中心度和接近中心度3个指标。

2 全球5G企业竞争态势分析

2.1 全球专利权人指标统计分析

通过5G技术领域专利申请指标统计分析，如表1所示，可以得到该领域的主要技术主体和竞争状况。从拥有专利数量看，美国高通公司拥有715件数量最多，强大的技术专利市场运营战略使得高通依旧是霸主；其后则是中国华为公司和瑞典爱立信，拥有专利数分别为444件和432件，两家企业在很早就开始布局5G技术的研发。在全球专利数量前10的专利权人中，美国和韩国各占3席，分别是高通、因特尔、阿尔卡特朗讯和三星、LG、韩国电信技术研究院；中国华为公司和中兴公司占两席，瑞典爱立信和芬兰诺基亚各占一席。从引用指标来看，美国InterDigital公司的58篇专利被引用了214次，篇均被引频次为3.69，专利引证率为58.6%，两项指标均排名第一，专利质量非常高；调研发现，InterDigital是一家移动技术研发公司，该公司主要专注于5G和IoT研究。从单个专利引用次数来看，AT&T、诺基亚、华为、韩国电信技术研究院、中兴公司占据前5，这些企业拥有高价值和高影响力的专利。从自引次数和技术独立性可以得出，高通、华为、中兴、阿尔卡特朗讯、日本电报电话公司在4G技术领域较为完整独立，公司比较倾向于使用自家的核心技术。

2.2 全球专利权人技术领域分布

通过统计5G专利权人主要IPC分布，分析企业研发的核心技术领域。专利数量前10的全球各企业所研究的技术领域主要集中在H04W 72/00(本地资源管理)；专利数量排在第一位的美国高通公司其主要技术领域为H04W 4/00(专门适用于无线通信网络的业务或设施)，爱立信、三星、中兴、LG、诺基亚的主要技术领域均为H04W 72/00（无线通信网络中的本地资源管理）；华为和因特尔的主要技术领域区别于其它几个企业，华为公司主要技术领域为H04L 12/00(数据交换网络中存储器、输入/输出设备或中央处理单元之间的信息或其它信号的互连或传送)，因特尔的主要技术领域为H04B 7/00（无线电传输系统，包括传输的控制均衡、中继系统等；阿尔卡特朗讯公司的主要技术领域为H04W 76/00（无线通信网络连接管理）。

表1 5G专利引用指标统计

2.3 专利权人引用网络分析

提取5G技术专利数据中的专利权人引用关系，构建引用矩阵并导入VOSViewer中绘制专利权人引用网络图谱（如图1所示）。可以清晰看到高通、爱立信、华为、中兴、LG、三星、诺基亚这7个企业处在网络的核心位置。计算各节点的点度中心度、接近中心度和中介中心度，如表2所示。出度中心度表示专利被引情况，高通公司的出度中心度位列第一，说明高通公司是高被引专利权人，反映了高通公司的5G标准化过程中专利技术地位极其重要，为5G技术标准化做出了巨大贡献。中介中心度表示专利权人控制其他专利权人专利引用关系的能力。中国华为公司和中兴公司分别排在第一和第二，相比4G技术标准化过程中的控制地位和桥梁作用有了明显的提升，是众多专利权人引用路径上的主要控制者，许多其他企业都通过他们直接或间接地进行专利活动。接近中心度表征某专利权人避免受他人控制的程度，以解释效率和独立性。接近中心性越低，说明该行动者较少地依赖中介人员与其他专利权人取得联系。从小到大排列可以看到三星、华为、诺基亚、高通、中兴5家企业的接近中心度前5，说明这5个企业的独立性较高，对其他企业施加影响而不受中介者干扰的程度也越强。

表2 中心度排名前10专利权人列表

从引用网络图谱中可以看到，聚类输出结果25个专利权人被分成了3类：第1类包含以美国高通、美国因特尔、美国阿尔卡特朗讯以及瑞典爱立信为核心的欧美企业，第2类主要包含以华为、中兴、中国电信技术研究院为代表的中国企业，第3类主要包括三星、LG、韩国电信公司以及韩国电子通信研究院4家韩国企业。聚类结果可以说明，5G标准制定权的竞争目前是由欧盟、美国、中国、韩国主导的局势。爱立信领导欧盟的5G标准制定工作，将4G的专利优势尽力延续到5G标准中。美国高通、因特尔等芯片厂商与运营商AT&T广泛开展5G测试，准备5G标准的到来。韩国三星电子与运营商LG、KT联合开发5G技术，共同努力让5G技术发挥在吞吐量和数据容量等方面的潜力。从日本电报电话公司以及京瓷公司的节点大小和分布可以推断日本的竞争实力相对较弱。中国以华为、中兴为首联合中国移动、大唐电信等企业积极开展5G技术研发。

3 中国5G专利权人竞争力分析

3.1 专利数量年度趋势分析

中国5G技术专利的年度数量分布如图2所示，总体可以分为两个阶段。第一个阶段的时间从2008-2014年为研究起步期，这段时期由于4G标准的研发热潮，我国对5G技术领域的研究不足，研究成果也较少，技术发展才刚起步；第二阶段为2014至今，增长率逐年上升，技术研发和专利申请不断取得进展，专利申请数量于2016年达到370余件，我国的5G专利技术研究步入快速发展期的起点，与全球的发展趋势相比，中国研究的启动提前了2～3年。另外2013年由中国工业和信息化部、中国科学技术部、国家发展改革委员会联合成立的IMT-2020(5G)推动组也刺激了中国5G通信技术领域的发展，与研究起步期相比，数量增长了73.4%。

图1 5G专利权人引用网络图谱

图2 5G技术专利申请年度趋势

3.2 专利技术领域分析

中国5G技术专利排名前20的IPC分布如图3所示，可以看出，我国的IPC分布主要集中在H04（电通信技术）小类领域，包括H04L(数据信息传输)、H04W(无线通信网络)、H04B(传输技术)3个子领域。其中H04L 12/00(数据交换网络)、H04L 29/00(装置、设备、电路和系统)、H04W 36/00(无线通信切换或重选装置)排在前3名，比重分别是15.4%、11.2%、10.3%。另外还有H04W 72/00（无线通信网络中本地资源管理），包括用户、终端的无线资源选择、分配和业务量调度；H04W 28/00（无线通信网络中网络资源管理），包括网络流量控制和拥塞控制、中央资源控制与QoS等；H04W 16/00（无线通信网络网络规划与配置），包括频段共享装置、小区结构划分等；H04B 7/00（无线电传输系统），包括传输的控制均衡、中继系统等；H04W 24/00（无线通信网络监督、监控或测试装置）。

图3 中国5G技术专利IPC分布

目前，由于尚未形成统一标准，各国5G通信研发所关注的技术热点有所不同，全球的研发热点集中在数据交换网络、无线电传输系统和本地资源管理领域，而中国的研发主要集中在数字信息的传输方面且研究比较深入，并取得了一定的创新成果，具体体现在H04L 12/00、H04L 29/00和H04B 7/00等技术领域的专利数量分布较多。

3.3 专利权人竞争力分析

专利权人竞争力拟采用专利气泡图进行分析说明，专利气泡图能直观看出专利技术差距、研发能力及市场竞争力等情况（如图4所示）。其中：气泡大小代表专利的数量；纵轴是公司资源轴，包含专利权人总收入、诉讼量和发明人区域相对数量3个因素，综合代表了公司利用专利的能力，越往上表明该公司的市场实力越强；横轴是公司视点轴，包含专利权人专利总量、IPC分类号数量、文献单篇引用相对数量这3个因素，集中体现目标公司在该技术领域的关注和参与程度，越往右表明该公司的技术性越强。图4能直观反映出中国5G专利技术专利权人的竞争分布状况。在市场竞争力方面，排名前3位的专利权人是三星、中国移动、因特尔；技术竞争力方面，排名前3位的是华为、高通、中兴，紧随其后的还有北京大学、诺基亚和西安电子科技大学，关注的技术领域集中在H04W 72/00、H04L 12/00和H04L 1/00。说明我国企业虽然在本国5G技术领域有一定的竞争优势，但是在市场方面竞争力明显不足，落后于外资企业，即专利市场化、标准化和产业化的能力偏弱。

另外，80%的专利权人位于图中的第三象限，其中包含了我国众多的科研院所和高校，这一方面说明这些机构已成为专利产出的强势后备力量，但不具有市场竞争优势，研究成果转化的能力有待提升；另一方面也说明5G技术尚处于探索阶段，这些机构之间的综合竞争实力差距不大，因此加快技术研究和市场拓展则能较快脱颖而出。相关企业可以通过加强与科研院所和高校之问的相互合作，“取人之长，补己之短”，实现利益共赢。

4 结论与建议

图4 中国5G技术专利权人专利气泡图

通过以上全球和中国在5G专利对比分析，可以发现我国企业在全球5G标准化过程中面临着巨大的技术和市场竞争压力。华为、中兴、大唐等公司虽然在国内的技术竞争力居于领先地位，但其市场和技术竞争力在全球最具国际竞争力的企业面前不具有领先优势。因此，结合分析对我国政府和企业落实5G技术标准化发展提出以下3点针对性建议。

（1）在技术领域应瞄准核心技术研发方向，增强自主创新能力。全球研究热点集中在数据交换网络、无线电传输系统和本地资源管理领域。我国的5G专利研发所涉及关键技术领域与全球基本相似。依据5G的整体技术特点，我国TD-LTE的演进将会在5G中发挥更大的作用，大规模MIMO等具有TDD应用优势的关键技术将成为5G标志性技术。建议要立足发挥TDD技术优势，确保实现对5G标准的引领。另一方面，建议政府积极推进5G在中国发展的决心，将5G发展上升到国家政策，尽早发布对国际有影响力和引导作用的产业方针，征集丰富优质的频谱资源，加快推进研发、标准化进度，率先启动相关核心技术示范性实验测试，保证技术的先进性和完整性，提升国际影响力和标准话语权。

（2）高通、爱立信、因特尔等公司的专利申请无论是全球还是国内比较靠前，说明这些公司不仅注重自身的技术创新，还重视在其他国家的专利布局，以全面保护自身的技术成果。我国企业应当不断优化全球专利布局。一方面，建议加强专利申请、技术研发和市场需求的契合度，提高专利申请的质量，形成严密高效的专利保护网；另一方面，建议结合信息通信业的竞争态势以及自身实力，制定详细的知识产权战略，推进技术专利化、专利标准化的落地，助力企业的国际化市场竞争。

（3）企业和科研机构要加强全球合作共同推动5G产业链成熟发展。一方面，国内三大运营商以及华为、中兴、大唐等企业以及高校科研院所要加强内部合作，推动国内终端设备商行业、芯片行业、网络运营商行业等全产业链的同步协调发展，进一步壮大信息通信业整体规模，提升国际影响力；另一方面，对外与高通、爱立信、因特尔等国际巨头不断加强技术合作研发，完善协同推进机制，进一步成立标准推动联盟，推进5G时代到来。

Abstract5G technology has become a hot research hotspot. The world's enterprises are actively concerned about it and develop 5G R&D strategies, in order to catch the dominant position of 5G international standards.This paper uses patentometrics to analyze the patent layout and technical competition situation of domestic and foreign enterprises in the field of 5G communications. The research methods mainly use statistic, social network analysis and Ucinet/VOSViewer tools. We put forward three constructive comments in technology R&D and patent layout to help 5G communication standardization development of China.

Keywords5G standardization; patentometrics; citation networks; patent assignee; enterprises competitiveness

Analysis on competitive situation of 5G communication enterprises

XIAO Xiang, ZHAO Hui
(Institute of Scientific and Technical Information of China, Beijing 100038, China)

G306

A

1008-5599（2017）10-0047-07

2017-07-19