李立 閆坤 李文宇

(1.中國信息通信研究院西部分院，重慶 401336；2.中國信息通信研究院知識產(chǎn)權(quán)中心，北京 100191)

0 引言

5G已成為建設(shè)新型智慧城市必備的移動通信技術(shù)，在智慧城市領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。本文對我國5G與智慧城市產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，從申請趨勢、地域分布、技術(shù)領(lǐng)域等維度分析了全球視角下的5G+智慧城市專利態(tài)勢，從而對5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)的融合創(chuàng)新提出了整體建議。

1 5G+智慧城市建設(shè)的融合

5G商用賦能新型智慧城市建設(shè)發(fā)展[1]，是新型智慧城市移動通信網(wǎng)絡(luò)的必備技術(shù)。作為下一代蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)，5G相比4G在峰值速率、連接密度等網(wǎng)絡(luò)性能方面有幾倍到幾十倍的增強(qiáng)[2]，將憑借大帶寬、大連接、低時延的網(wǎng)絡(luò)特性，在智慧城市領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。5G將成為增強(qiáng)城市運(yùn)行狀態(tài)感知能力、提高城市管理和民生服務(wù)效率、推動各類基于數(shù)據(jù)的智能化應(yīng)用服務(wù)模式創(chuàng)新的重要手段，推動城市網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施全面升級。

基于大連接5G技術(shù)已在推動城市網(wǎng)絡(luò)設(shè)施泛在升級中發(fā)揮重大作用，極大地提高了城市運(yùn)行狀態(tài)感知能力。窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things, NB-IoT)具有低速率、低功耗、深度覆蓋和無連接態(tài)切換等特性，被廣泛應(yīng)用于支持遠(yuǎn)程抄表的智能表計、具有車位狀態(tài)監(jiān)控和地下車庫深度覆蓋能力的智能停車、自適應(yīng)的路燈控制和井蓋防護(hù)的市政物聯(lián)、定期信息上傳和廣域覆蓋能力的環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域?；贚TE增強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(LTE Enhanced MTC, eMTC)正以“中速率、移動性、支持語音”等特點(diǎn)，與NB-IoT形成協(xié)同互補(bǔ)發(fā)展趨勢。eMTC技術(shù)可以應(yīng)用于定位信息需實(shí)時監(jiān)控的物流追蹤、快捷的移動支付、支持車輛定位和狀態(tài)監(jiān)測的行車衛(wèi)士、具有語音呼叫和定位功能的智能穿戴等領(lǐng)域。

基于高帶寬的5G+視頻監(jiān)控用于監(jiān)控交通流量和社區(qū)安全，特別是交通的智能疏導(dǎo)、緊急醫(yī)療的高效救助、無人機(jī)安防巡邏等，從而實(shí)現(xiàn)對城市全方位、立體化的智能管理。

2 全球5G+智慧城市專利態(tài)勢分析

2.1 全球?qū)＠暾堏厔?/h3>

圖1所示為2012—2019年5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合的全球?qū)＠暾堏厔?，共計申?0 925項(xiàng)相關(guān)專利，合并同族后為5479項(xiàng)。2012年，全球主要國家和區(qū)域紛紛啟動5G移動通信技術(shù)需求和技術(shù)研究工作?；诖吮尘埃?G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域從2012年前后就開始出現(xiàn)了少量的專利申請。2012—2014年，5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合的專利申請呈較小增速平穩(wěn)增長，這與全球的5G進(jìn)程尚處于預(yù)研階段有關(guān)。2015年及2016年，5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合的專利申請數(shù)量均出現(xiàn)了大幅度上漲，漲幅均為2倍左右，這與5G技術(shù)研發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)化的步伐大幅加快、全球主要公司紛紛投入5G研究、5G+智慧城市專利布局增速等因素有關(guān)。2017年及2018年，5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合的專利申請量達(dá)到高峰，分別為1879項(xiàng)和1854項(xiàng)，這與3GPP發(fā)布早期版本的5G標(biāo)準(zhǔn)有一定關(guān)系。2019年和2020年的5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合專利數(shù)據(jù)受專利公開的限制，數(shù)量較少。但可預(yù)計，隨著全球范圍內(nèi)5G商用的全面開花，5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域的專利申請量會保持快速增長的勢頭。

來源：中國信息通信研究院知識產(chǎn)權(quán)中心

2.2 全球?qū)＠赜蚍植?/h3>

全球參與5G+智慧城市專利發(fā)明的國家中，研發(fā)熱度最高的是中國、美國和韓國，這與這些國家一直重視信息通信技術(shù)的研發(fā)和發(fā)展，且具有諸多研發(fā)實(shí)力強(qiáng)勁的企業(yè)有很直接的關(guān)系。全球共計超過20個國家和地區(qū)參與了5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合的研究，這說明全球?qū)?G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合的關(guān)注熱度不低。

中國是全球5G+智慧城市專利的最大技術(shù)來源國。隨著中國通信企業(yè)的崛起，中國成為了通信行業(yè)的重要力量，有力推動了5G技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。作為5G率先落地的應(yīng)用之一，智慧城市產(chǎn)業(yè)引起了國家和企業(yè)的廣泛重視，產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)積極順應(yīng)主流趨勢，努力占領(lǐng)5G+智慧城市的技術(shù)高地。

美國對5G+智慧城市的研發(fā)熱度僅次于中國，排在專利技術(shù)來源國的第二位。短期來看，美國得益于在5G產(chǎn)業(yè)和智慧城市產(chǎn)業(yè)兼具的豐厚技術(shù)儲備，其在該領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)保持領(lǐng)先地位。韓國、歐洲和日本等國家和地區(qū)在5G+智慧城市領(lǐng)域也有較高的研究熱度。

2.3 全球?qū)＠夹g(shù)領(lǐng)域分布

由于智慧城市建設(shè)是一個巨大的復(fù)雜系統(tǒng)，涵蓋的行業(yè)非常廣泛，包括基礎(chǔ)設(shè)施、油氣、水電、交通、物流、政務(wù)、安防等，不同行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)注的5G特性不盡相同，同一行業(yè)具體應(yīng)用場景關(guān)注的5G特性也有所差異。從5G+智慧城市全球?qū)＠饕夹g(shù)領(lǐng)域來看，支持智慧城市的5G改進(jìn)技術(shù)和利用5G實(shí)現(xiàn)智慧城市的應(yīng)用技術(shù)是5G+智慧城市專利技術(shù)的兩大布局方向。

如圖2所示，目前智慧城市產(chǎn)業(yè)普遍更專注5G的大連接能力，同時在控制信道和參考信號的設(shè)計等5G接入網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域有較多專利涉及。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的專利為2099項(xiàng)，說明萬物互聯(lián)在5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?？刂菩诺涝O(shè)計和參考信號設(shè)計的專利均達(dá)到800余項(xiàng)，說明全球?qū)＠暾埲烁P(guān)注這兩個技術(shù)方向在支持智慧城市應(yīng)用時的改進(jìn)。

來源：中國信息通信研究院知識產(chǎn)權(quán)中心和Innography數(shù)據(jù)庫

基于5G技術(shù)，5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的技術(shù)領(lǐng)域主要包括智慧汽車、智慧建筑、智慧家庭、智慧零售以及安防監(jiān)控服務(wù)等智慧服務(wù)的應(yīng)用。其中智慧汽車、智慧建筑、智慧家庭相關(guān)領(lǐng)域的專利申請量均超過了1500項(xiàng)，是5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的重點(diǎn)領(lǐng)域。同時，智慧零售、安防監(jiān)控服務(wù)等領(lǐng)域也是5G+智慧城市的重要應(yīng)用場景，這兩個領(lǐng)域均有超過700項(xiàng)的專利申請量。

2.4 全球?qū)＠饕暾埲?/h3>

智慧城市的發(fā)展得到政府、產(chǎn)業(yè)上下游以及學(xué)界的普遍關(guān)注和支持。從全球5G+智慧城市的主要申請人來看，一是以華為、高通、三星、愛立信公司為代表的ICT芯片、終端、設(shè)備供應(yīng)商，為智慧城市建設(shè)提供基礎(chǔ)的硬件設(shè)備；二是以日本NTT、美國AT&T、中國三大運(yùn)營商為代表的電信運(yùn)營商，利用自身網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，積極拓展智慧城市應(yīng)用領(lǐng)域；三是以葡萄牙VENIAM、美國Afero等為代表的初創(chuàng)車聯(lián)網(wǎng)或初創(chuàng)物聯(lián)網(wǎng)公司，以智慧應(yīng)用為突破，為智慧城市細(xì)分市場提供個性化的解決方案；四是以北京郵電大學(xué)、東南大學(xué)、重慶郵電大學(xué)等為代表的高校，從學(xué)術(shù)研究和理論創(chuàng)新的角度，積極參與到5G+智慧城市融合領(lǐng)域。

3 我國5G+智慧城市專利態(tài)勢分析

3.1 專利申請趨勢

我國5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域共計申請1694項(xiàng)相關(guān)專利，合并同族后為1643項(xiàng)。我國5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域?qū)＠暾堏厔莺腿驅(qū)＠暾堏厔蓊愃疲?012—2018年，5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域的專利申請量快速增長，在2017年達(dá)到峰值697項(xiàng)(見圖3)?？梢灶A(yù)計的是，隨著5G商用的快速發(fā)展，我國在5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域的專利申請量會保持快速增長勢頭。

來源：中國信息通信研究院知識產(chǎn)權(quán)中心

3.2 專利地域分布情況

我國5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域?qū)＠暾埖陌l(fā)明人中超過70%來自中國，說明中國發(fā)明人對國內(nèi)的5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合專利申請的貢獻(xiàn)較大。國內(nèi)通信企業(yè)、運(yùn)營商、高校、科研院所和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)均投入了很大的創(chuàng)新熱情，共同推動中國5G+智慧城市創(chuàng)新融合的快速發(fā)展，共同打造擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)鏈。

全球共15個國家的發(fā)明人在我國申請5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合領(lǐng)域?qū)＠f明了全球?qū)χ袊?G+智慧城市產(chǎn)業(yè)市場的廣泛關(guān)注。其中，來自美國、韓國、歐洲的發(fā)明人申請專利的數(shù)量分列第二、第三、第四位，說明了這些國家和地區(qū)對我國5G+智慧城市市場的重視程度。

3.3 專利技術(shù)領(lǐng)域分布

如圖4所示，目前智慧城市產(chǎn)業(yè)更關(guān)注5G的低時延特性，對實(shí)時通信要求比較高，同時在參考信號和控制信道的設(shè)計、隨機(jī)接入控制等5G接入網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域有較多專利涉及。其中，低時延的實(shí)時通信技術(shù)相關(guān)專利為115項(xiàng)，參考信號技術(shù)專利為83項(xiàng)，控制信道和隨機(jī)接入技術(shù)專利均超過40項(xiàng)?；?G技術(shù)，我國5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的技術(shù)領(lǐng)域主要包括智慧建筑、智慧汽車、智慧家庭、智慧路燈等智慧服務(wù)的應(yīng)用。其中，智慧家庭領(lǐng)域?qū)＠麨?18項(xiàng)，智慧建筑、智慧汽車和智慧路燈領(lǐng)域均有幾十項(xiàng)專利分布。值得注意的是，使用或加裝具有5G通信能力的模塊是一些公司進(jìn)行5G+智慧城市融合的常用技術(shù)手段，這方面的專利有110余項(xiàng)。

來源：中國信息通信研究院知識產(chǎn)權(quán)中心和Innography數(shù)據(jù)庫

3.4 專利主要申請人

我國專利申請人和全球?qū)＠饕暾埲嘶鞠嗤?。華為、三星、高通、中興等公司為代表的ICT芯片、終端、設(shè)備供應(yīng)商，為智慧城市建設(shè)提供基礎(chǔ)的硬件設(shè)備和技術(shù)解決方案。中國的三大運(yùn)營商利用自身網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，積極拓展智慧城市應(yīng)用領(lǐng)域。以小米和OPPO等為代表的手機(jī)制造商，研發(fā)5G技術(shù)方案和智慧應(yīng)用的結(jié)合，側(cè)重于5G的用戶設(shè)備接入、調(diào)度、反饋等基礎(chǔ)通信技術(shù)與機(jī)器通信、智能穿戴等應(yīng)用技術(shù)的融合。以北京郵電大學(xué)等為代表的高校，從學(xué)術(shù)研究和理論創(chuàng)新的角度，積極參與到5G+智慧城市融合領(lǐng)域的研究，均有少量的專利申請。智慧城市細(xì)分行業(yè)的從業(yè)公司在5G+智慧城市融合領(lǐng)域也申請了少量專利，涉及路燈、家具家電、車輛和電網(wǎng)等行業(yè)應(yīng)用。中國的5G+智慧城市的融合發(fā)展得到了產(chǎn)業(yè)鏈上下游的普遍關(guān)注和支持。

4 5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)專利發(fā)展建議

基于對5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)和專利的分析，下面對我國的5G+智慧城市專利發(fā)展提出幾方面建議。

4.1 順應(yīng)新型智慧城市建設(shè)浪潮，統(tǒng)籌集約推進(jìn)專利發(fā)展

2016年以后，我國提出“新型智慧城市”概念，我國的智慧城市建設(shè)進(jìn)入第三次發(fā)展浪潮[3]。在新型智慧城市的專利發(fā)展上，應(yīng)以推進(jìn)新型智慧城市發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，以解決新型智慧城市建設(shè)中遇到的難點(diǎn)和痛點(diǎn)問題為落腳點(diǎn)，以政府指導(dǎo)、市場主導(dǎo)的方式，統(tǒng)籌集約地提高我國5G+智慧城市的專利申請量和專利質(zhì)量。同時，應(yīng)注重健全專利質(zhì)量體系，進(jìn)一步加強(qiáng)對專利的科學(xué)評估和獎勵，提高我國專利申請主體的創(chuàng)新質(zhì)量。

4.2 以技術(shù)演進(jìn)和市場需求為導(dǎo)向，優(yōu)化專利技術(shù)領(lǐng)域布局

我國應(yīng)繼續(xù)加大5G技術(shù)和5G+智慧城市融合的研發(fā)投入，以5G技術(shù)演進(jìn)的規(guī)律和5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)及市場的發(fā)展需求為導(dǎo)向，在5G+智慧城市的重點(diǎn)技術(shù)領(lǐng)域均衡發(fā)展的同時，重視發(fā)展自身優(yōu)勢領(lǐng)域。

在5G技術(shù)研發(fā)方面，我國應(yīng)重視5G三大應(yīng)用場景中海量機(jī)器通信(Massive Machine Type Communication, mMTC)場景和高可靠低延遲通信(Ultra Reliable and Low Latency Communication, uRLLC)場景的核心技術(shù)的研發(fā)和專利布局，滿足大連接和低延遲特性的技術(shù)同樣是5G+智慧城市融合的核心技術(shù)。在新型智慧城市應(yīng)用上應(yīng)做到全面開花，即基礎(chǔ)設(shè)施、油氣、水電、交通、物流、政務(wù)、安防等領(lǐng)域均與5G技術(shù)做到全面融合發(fā)展，在加強(qiáng)目前涉及的智慧交通、智慧抄表、智慧停車等應(yīng)用專利申請的基礎(chǔ)上，拓展各個應(yīng)用領(lǐng)域的專利申請。

4.3 加強(qiáng)5G+智慧城市專利的融合特性

目前，我國的5G+智慧城市專利普遍存在融合度低的問題，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)ICT巨頭公司申請了大量5G基礎(chǔ)技術(shù)相關(guān)的專利，但在這些專利中沒有明確地給出如何應(yīng)用到智慧城市建設(shè)的具體技術(shù)方案；另一方面智慧城市的各個行業(yè)在進(jìn)行5G融合專利申請時，其技術(shù)方案往往是通過簡單地使用或者加裝5G無線通信模塊來實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的融合。目前，低融合度的5G+智慧城市專利申請無法滿足新型智慧城市高質(zhì)量發(fā)展的需要。我國應(yīng)注重5G+智慧城市產(chǎn)業(yè)融合的專利發(fā)展，做到“產(chǎn)業(yè)5G融合深”和“5G產(chǎn)業(yè)融合廣”，既要重視跨部門、跨行業(yè)的融合統(tǒng)籌力度，又要重視業(yè)務(wù)融合、技術(shù)融合、數(shù)據(jù)融合的全面發(fā)展。

5 結(jié)束語

隨著我國對5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力推進(jìn)，5G+智慧城市的建設(shè)已成為政府提升數(shù)字化治理水平的關(guān)鍵手段。本文從專利的角度對全球的5G+智慧城市專利態(tài)勢進(jìn)行了分析，提出面向未來的5G+智慧城市的高質(zhì)量發(fā)展將更加需要以需求為導(dǎo)向、具有深度融合特性的高價值專利的保駕護(hù)航。