中国信通院李立等：专利视角研究5G+智慧城市的产业融合发展
【慧聪广电网】5G已成为建设新型智慧城市必备的移动通信技术，在智慧城市领域发挥重大作用。本文对我国智慧城市产业的发展现状进行了分析，从申请趋势、地域分布、技术领域等维度分析了全球和中国视角下的5G+智慧城市专利态势，从而对5G+智慧城市产业的融合创新提出了整体建议。
1 5G与智慧城市建设的融合
5G商用赋能新型智慧城市建设发展[1]，是新型智慧城市移动通信网络的必备技术。作为下一代蜂窝移动通信网络，5G相比4G在峰值速率、连接密度等网络性能方面有几倍到几十倍的增强[2]，将凭借大带宽、大连接、低时延的网络特性，在智慧城市领域发挥重大作用。5G将成为增强城市运行状态感知能力、提高城市管理和民生服务效率、推动各类基于数据的智能化应用服务模式创新的重要手段，推动城市网络基础设施全面升级。
基于大连接5G技术已在推动城市网络设施泛在升级中发挥重大作用，极大地提高了城市运行状态感知能力。窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）具有低速率、低功耗、深度覆盖和无连接态切换等特性，被广泛应用于支持远程抄表的智能表计、具有车位状态监控和地下车库深度覆盖能力的智能停车、自适应的路灯控制和井盖防护的市政物联、定期信息上传和广域覆盖能力的环境监测等领域。基于LTE增强的物联网技术（LTE enhanced MTC，eMTC）是基于LTE演进的物联网技术，正以“中速率、移动性、支持语音”等特点，与NB-IoT形成协同互补发展趋势。eMTC技术可以应用于定位信息需实时监控的物流追踪、快捷的移动支付、支持车辆定位和状态监测的行车卫士、具有语音呼叫和定位功能的智能穿戴等领域。
基于高带宽的5G+视频监控用于监控交通流量和社区安全，特别是交通的智能疏导、紧急医疗的高效救助、无人机安防巡逻等，从而实现对城市全方位、立体化的智能管理。
2 5G+智慧城市全球专利态势分析
2.1 全球专利申请趋势
图1所示为2012—2019年5G+智慧城市产业融合的全球专利申请趋势，共计申请10 925件相关专利，合并同族后为5479项。2012年，全球主要国家和区域纷纷启动5G移动通信技术需求和技术研究工作。基于这一背景，5G+智慧城市产业融合领域从2012年前后就开始出现了少量的专利申请。2012—2014年，5G+智慧城市产业融合的专利申请呈较小增速平稳增长，这与全球的5G进程尚处于预研阶段有关。2015年及2016年，5G+智慧城市产业融合的专利申请数量均出现了大幅度上涨，涨幅均为2倍左右，这与这个时期5G技术研发及标准化的步伐大幅加快、全球主要公司纷纷投入5G研究、5G+智慧城市专利布局增速等因素有关。2017年及2018年，5G+智慧城市产业融合的专利申请量达到高峰，分别为1879项和1854项，这与这个阶段3GPP发布早期版本的5G标准有一定关系。2019年和2020年的5G+智慧城市产业融合专利数据受专利公开的限制，数量较少。但是可以预计的是，随着全球范围内5G商用的全面开花，5G+智慧城市产业融合领域的专利申请量会保持快速增长的势头。
图1 5G+智慧城市产业融合的全球专利申请趋势（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心）
2.2 全球专利地域分布情况
全球参与5G+智慧城市专利发明的国家中，研发热度最高的3个国家是中国、美国和韩国，这与这些国家一直重视信息通信技术的研发和发展，且具有诸多研发实力强劲的企业有很直接的关系。全球共计超过20个国家和地区参与到了5G+智慧城市产业融合的研究中，这说明了全球对5G+智慧城市产业融合的关注热度不低。
中国是全球5G+智慧城市专利的最大技术来源国。随着中国通信企业的崛起，中国成为了通信行业的重要力量，有力推动了5G技术和标准的发展。作为5G率先落地的应用之一，智慧城市产业引起了国家和企业的广泛重视，产业相关企业积极顺应主流趋势，努力占领5G+智慧城市的技术高地。
美国对5G+智慧城市的研发热度仅次于中国，排在专利技术来源国的第二位。短期来看，美国得益于在5G产业和智慧城市产业兼具的丰厚技术储备，其在该领域将继续保持领先地位。韩国、欧洲和日本等国家和地区在5G+智慧城市领域也有较高的研究热度。
2.3 全球专利技术领域分布
由于智慧城市建设是一个巨大的复杂系统，涵盖的行业非常广泛，包括基础设施、油气、水电、交通、物流、政务、安防等，不同行业应用领域关注的5G特性不尽相同，同一行业具体应用场景关注的5G特性也有所差异。从5G+智慧城市全球专利主要技术领域来看，支持智慧城市的5G改进技术和利用5G实现智慧城市的应用技术是5G+智慧城市专利技术的两大布局方向。
如图2所示，目前智慧城市产业普遍更专注5G的大连接能力，同时在控制信道和参考信号的设计等5G接入网技术领域有较多专利涉及。物联网技术相关的专利为2099件，说明万物互联在5G+智慧城市产业领域得到了广泛应用。控制信道设计和参考信号设计的专利均达到800余件，说明全球专利申请人更关注这两个技术方向在支持智慧城市应用时的改进。
图2 5G+智慧城市产业融合全球专利主要技术领域（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心和Innography数据库）
基于5G技术，5G+智慧城市产业创新的技术领域主要包括智慧汽车、智慧建筑、智慧家庭、智慧零售以及安防监控服务等智慧服务的应用。其中智慧汽车、智慧建筑、智慧家庭相关领域的专利申请量均超过了1500件，是5G+智慧城市产业创新的重点领域。同时，智慧零售、安防监控服务等领域也是5G+智慧城市的重要应用场景，这两个领域均有超过700件的专利申请量。
2.4 全球专利主要申请人
智慧城市的发展得到政府、产业上下游以及学界的普遍关注和支持。从全球5G+智慧城市的主要申请人来看，一是以华为、高通、三星、爱立信公司为代表的ICT芯片、终端、设备供应商，为智慧城市建设提供基础的硬件设备；二是以日本NTT、美国AT&T、中国三大运营商为代表的电信运营商，利用自身网络优势，积极拓展智慧城市应用领域；三是以葡萄牙VENIAM、美国Afero等为代表的初创车联网或初创物联网公司，以智慧应用为突破，为智慧城市细分市场提供个性化的解决方案；四是以北京邮电大学、东南大学、重庆邮电大学等为代表的高校，从学术研究和理论创新的角度，积极参与到5G+智慧城市融合领域。
3 5G+智慧城市在华专利态势分析
3.1 在华专利申请趋势
5G+智慧城市产业融合领域在华共计申请1694项相关专利，合并同族后为1643项。5G+智慧城市产业融合领域在华专利申请趋势和全球专利申请趋势类似，2012—2018年，5G+智慧城市产业融合领域的专利申请量快速增长，在2017年达到峰值697项（见图3）。可以预计的是，随着工业和信息化部5G商用牌照的发放和5G商用的快速发展，我国在5G+智慧城市产业融合领域的专利申请量会保持快速增长势头。
图3 5G+智慧城市产业融合的在华专利申请趋势（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心）
3.2 在华专利地域分布情况
5G+智慧城市产业融合领域在华专利申请的发明人中超过70%来自中国，说明中国发明人对在华的5G+智慧城市产业融合专利申请的贡献较大。国内通信企业、运营商、高校、科研院所和互联网企业均投入了很大的创新热情，共同推动中国5G+智慧城市创新融合的快速发展，共同打造拥有自主知识产权的5G+智慧城市产业链。
全球共15个国家的发明人在华申请5G+智慧城市产业融合领域专利，说明了全球对中国5G+智慧城市产业市场的广泛关注。其中，来自美国、韩国、欧洲的发明人申请专利的数量分列第二、第三、第四位，说明了这些国家和地区对中国5G+智慧城市市场的重视程度。
3.3 在华专利技术领域分布
如图4所示，目前智慧城市产业更关注5G的低时延特性，对实时通信要求比较高，同时在参考信号和控制信道的设计、随机接入控制等5G接入网技术领域有较多专利涉及。其中，低时延的实时通信技术相关专利为115件，参考信号技术专利为83件，控制信道和随机接入技术专利均超过40件。基于5G技术，在华5G+智慧城市产业创新的技术领域主要包括智慧建筑、智慧汽车、智慧家庭、智慧路灯等智慧服务的应用。其中，智慧家庭领域专利为118件，智慧建筑、智慧汽车和智慧路灯领域均有几十件专利分布。值得注意的是，使用或加装具有5G通信能力的模块是一些公司进行5G+智慧城市融合的常用技术手段，这方面的专利有110余件。
图4 5G+智慧城市产业融合在华专利主要技术领域（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心和Innography数据库）
3.4 在华专利主要申请人
在华专利申请人和全球专利主要申请人基本相同。华为、三星、高通、中兴等公司为代表的ICT芯片、终端、设备供应商，为智慧城市建设提供基础的硬件设备和技术解决方案。中国的三大运营商利用自身网络优势，积极拓展智慧城市应用领域。以小米和OPPO等为代表的手机制造商，研发5G技术方案和智慧应用的结合，侧重于5G的用户设备接入、调度、反馈等基础通信技术与机器通信、智能穿戴等应用技术的融合。以北京邮电大学等为代表的高校，从学术研究和理论创新的角度，积极参与到5G+智慧城市融合领域的研究，均有少量的专利申请。智慧城市细分行业的从业公司在5G+智慧城市融合领域也申请了少量专利，涉及路灯、家具家电、车辆和电网等行业应用。中国的5G+智慧城市的融合发展得到了产业链上下游的普遍关注和支持。
4 结束语
随着我国对5G等新型基础设施建设的大力推进，5G+智慧城市的建设已成为政府提升数字化治理水平的关键手段。本文从专利的角度对全球和中国的5G+智慧城市专利态势进行了分析，提出面向未来的5G+智慧城市的高质量发展将更加需要以需求为导向、具有深度融合特性的高价值专利的保驾护航。
