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科技大厂争相卡位 4G/5G专利竞局战火炽

作者:佚名  来源:电子元器件  时间:2014/12/6 10:31:22

4G和5G通讯技术专利战将愈演愈烈。无线通讯网路频宽日益捉襟见肘,通讯技术迈向4G、5G已势在必行,因此科技大厂数年前即已积极布局4G技术专利,而今也开始砸下重金展开5G布局,争取市场发话权。
  4G与5G技术专利大战火药味愈来愈浓。全球科技大厂看好4G长程演进计画(LTE)前景,自多年前即已针对第三代合作夥伴计画(3GPP)第十版(Release 10)相关技术展开布局,其中又以三星(Samsung)申请的专利技术件数最多。而今,LTE第十二版标准规格即将于2014年年底问世,新一轮专利布局卡位战已如火如荼展开。
  不仅如此,随着全球五大5G技术研发联盟陆续提出建议的技术研发项目,且已在演进技术和赋能技术(Enabling Technology)取得共识,科技大厂也开始鸭子划水展开布局,尤其是赋能技术更是兵家发展焦点,成为新兴专利战场。
  领先高通/乐金 三星LTE专利件数居冠
  国家实验研究院科技政策研究与资讯中心调查显示,三星已超越高通(Qualcomm)、乐金(LG)、爱立信(Ericsson)、Panasonic、诺基亚(Nokia)、NTT DOCOMO、InterDigital等大厂,在LTE专利技术布局上独占鳌头。
  国家实验研究院科技政策研究与资讯中心研究员郑凯仁表示,全球厂商在美国申请的LTE专利数量已高达六千二百件,其中,掌握标准关键专利(SEP)最多的前五大厂商分别是三星、高通、乐金、诺基亚及爱立信(图1)。
  
 
图1 掌握LTE标准关键专利(SEP)最多的前五大厂及数量
 
  事实上,各厂早在1993年始即加速展开LTE技术布局,且在2005年三星与乐金加入战局之后,迈入战国时代。
  由于从标准关键专利申请至领证平均须耗时3.9年,先前各厂提报的标准关键专利陆续通过美国专利商标局(USPTO)专利审查程序后,至2008年始大量取得专利权。其中,三星正式取得的专利件数占比已高达17%,拔得头筹;高通与乐金并列第二,达14%;爱立信第三,达9%;Panasonic、诺基亚及NTT DOCOMO并列第四,达5%(图2)。
  
 
图2 各厂掌握的LTE专利件数比重
 
  郑凯仁指出,从各厂LTE/LTE-Advanced技术标准关键专利布局观察,技术发展重点在讯号控制、动态弹性控制及资源管理和排程;而至1999年迈入SEP数量成长期后,正交分频多重存取(OFDMA)和多重输入多重输出(MIMO)成为焦点;近年来,逻辑通道与回授控制亦渐获重视。
  至于功效布局方面,业者们首重频谱使用效率,其次是峰值资料传输率与使用者传输量;近期降低延迟、LTE/LTE-Advanced跨网运作与能源效率也逐渐受到瞩目。
  产品方面,以用户端设备及基地台晶片组产品为主,目前侧重在用户端系统的行动装置;大型基地台亦是研发的重点项目之一。
  在各层标准协定方面,区分为空中接口协定、固网接口协定、讯号协定及服务协定,其中服务协定:多媒体广播群播服务(MBMS)的标准关键专利,以三星取得的专利数最多,其次是爱立信。
  另外,LTE/LTE-Advanced技术的标准关键专利大量集中在实体(PHY)层,其次是无线资源管理层,而封包资料汇聚协定层、无线链结(RLC)层及媒介存取控制(MAC)层竞争厂商较多。
  布局3GPP第12版专利 阿尔卡特朗讯火力全开
  近期,在LTE专利技术布局的议题中,同样备受各界瞩目的是,3GPP第12版即将于2014年12月定案,截至目前共有二十三家厂商提出六十六件建议案,其中阿尔卡特朗讯(Alcatel-Lucent)已对该标准提出十五件建议案,超越高通、英特尔(Intel)等大厂提出的建议案数量,压倒群雄。
  郑凯仁表示,相较于3GPP第10版和第11版,第12版技术主要讨论重点放在小型基地台双向连结机制、多频载波聚合(Carrier Aggregation, CA)技术、跨无线区域网路(Wi-Fi)运管协议及装置对装置(D2D)的安全。
  3GPP第10版和第11版技术讨论重点分别为载波聚合技术(最多至五个载波)、强化多输入多输出机制(八下行/十四上行)、强化小区间干扰缓解协作机制、中继机制与强化自组织网路与最小化路测机制;以及下行和上行间的多点联合协作技术、装置内共存机制、强化实体下行控制通道机制和改善小区间干扰缓解协作机制的运作。
  近3年内,高通、英特尔、阿尔卡特朗讯、诺基亚西门子(NSN)、爱立信、三星、华为、Panasonic、大唐电信等早已针对3GPP第12版技术陆续提出至少三件以上的建议案,其中又以阿尔卡特朗讯的建议案数量最多。
  继3GPP第12版之后,第13版和第14版亦计画于2017年前相继问世,技术讨论重点分别为按了就说(Push-to-talk)、软体定义网路(SDN)、使用者端网路壅塞问题、多频载波聚合技术与免许可频段长程演进计画(LTE)解决方案;以及软体定义网路、虚拟与云端应用免许可频段LTE解决方案和5G。
  事实上,包括阿尔卡特朗讯在内的厂商业已鸭子划水展开3GPP第13版与第14版的专利技术布局,以抢攻市场先机,并拉大与竞争对手的差距。
  值此4G LTE专利军备赛热闹开打,5G专利技术布局的暖身赛也同步展开。
  五大研发联盟齐力推动5G技术聚焦三大共识
  欧洲、中国大陆、韩国、日本及美国五大5G技术研发联盟已正式成军,并正紧锣密鼓投入5G通讯技术研发及标准制定,其中技术研究项目初步已取得三大共识:极密集网路、大规模阵列天线及高频段传输技术。五大技术研发联盟成员正快马加鞭展开相关技术布局与争取专利,以取得支配市场的地位。
  郑凯仁提到,5G技术研究的三大共识中,极密集网路可区分为小型基地台(Small Cell)和中继(Relay),技术特点分别是藉由密集小型基地台提高网路覆盖率,以达到室内外无死角覆盖,增加用户量和减少延迟;以及藉由中继可提高覆盖并解决基地台覆盖边缘低传输率问题。
  至于大规模阵列天线,技术特点主要系利用多根天线提升无线通讯系统之频谱效率和传输速率。高频段传输技术方面则是无线通讯技术操作在较少使用的高频段区域6G∼300GHz,有较宽频宽可产生高传输速率。
  五大技术研发联盟中,欧洲研发联盟主要成员为资讯社会的行动暨无线通讯网路驱动计画(METIS)、5G公私合作(5GPP)、诺基亚、爱立信等;中国大陆研发联盟主要成员系IMT2020、华为、中兴通讯等;韩国研发联盟主要成员是5G论坛、三星、乐金等;日本研发联盟主要成员包括2020 and Beyond, Ad-Hoc(20B AH)、NTT DOCOMO、富士通(Fujitsu)等;美国研发联盟主要成员有4G Americas、高通、英特尔等。
  郑凯仁指出,极密集网路、大规模阵列天线及高频段传输技术与用户体验速率、流量密度、连接密度、延迟、移动性、峰值速度、频谱效率和成本效益息息相关(表1)。此外,前两者属于5G的演进技术;后者为赋能技术(表2),赋能技术具备成为未来5G技术可能,逐渐受到关注,相关专利数量亦逐年增加,显示赋能技术仍在初期研究阶段。
  
 
 
  据了解,截至2014年10月底,全球申请5G专利技术件数高达七千零九十七件,共有一千八百八十二个专利家族。当中,极密集网路、大规模阵列天线及高频段传输技术专利数占比分别达29%、4%和9%(图3)。
  
 
图3 5G关键技术专利占比
 
  5G赋能技术受瞩目 大厂部署毫米波/SDN
  现今各大厂的5G技术布局策略仍以演进技术为主,但赋能技术已渐获重视,其中毫米波(mmWave)和软体定义网路两大赋能技术已受到英特尔、博通、三星、恩益禧、华为、爱立信等大厂高度关注,成为近期研发焦点。
  郑凯仁分析,目前各大厂的专利仍瞄准演进技术,其中小型基地台、D2D、中继及换手(Handover)为主要布局领域;但事实上,前十大专利权公司早已紧锣密鼓投入赋能技术研发,特别是毫米波与软体定义网路,其与流量密度、连接密度、延迟、峰值速度、频谱效率及成本效益等5G技术性能(Performance)和效率(Efficiency)指标密不可分。
  据了解,英特尔、博通及三星投资发展毫米波技术最为积极;恩益禧、华为及爱立信则侧重软体定义网路技术。
  在毫米波技术布局方面,三星已于2013年5月宣布成功研发出5G毫米波技术,并早已于2006年申请相关专利技术。至今,三星拥有的毫米波相关专利技术涵盖媒体存取控制(MAC)与毫米波即时性多媒体传输、毫米波讯号同步、D2D与Ad-Hoc毫米波传输、毫米波天线效能设计、毫米波讯号传递可靠性等。
  郑凯仁提到,三星毫米波专利技术中,MAC可以决定封包的性质(如时效性多媒体或无时效性资料),设定重传机制与物理通道(高传输率:mmW或低传输率:2.4GHz或5GHz)。
  博通掌握的毫米波相关专利技术则包括介质波导(Dielectric Waveguide)、毫米波无线通讯资源分配、快速行动装置毫米波传输等。其中,博通的快速行动装置毫米波传输技术系在讯号台(Beacon)中联合波束成形训练周期(Association Beamforming Training Period)多次传送扇区扫描帧(Sector Sweep Frame),以确保讯息接收。
  至于英特尔则已取得D2D毫米波指向性天线传输、多频段传输(高频与极高频)、全向性天线和指向性天线达到装置定位、优化波束技术及平衡负载。郑凯仁指出,英特尔多频段传输技术可在装置上使用两种频段,低频段(2.4GHz或5GHz)可传递控制讯号并完成两装置间通道连结,其讯号也包括通道资讯,此讯息有利于第二高频段(24GHz或60GHz)波束成形,而第二频段主要传递影像资料。
  软体定义网路方面,恩益禧发展最早;其次为爱立信、诺基亚及华为。其中爱立信的软体定义网路技术主要系当使用者转换不同系统时(如LTE、WLAN),利用软体定义网路优化路径选择。
  此外,华为的软体定义网路技术则是定义全球行动通讯系统(GSM)、分码多工存取(CDMA)、无线区域网路(Wi-Fi)、LTE等无线通讯软体定义网路,控制层与资料层间讯息格式和内容;以及在Wi-Fi和LTE系统间利用OpenFlow协定以达到有效资料负载平衡。
  根据现阶段统计,全球前十大5G关键技术专利权厂商,分别为三星、诺基亚、爱立信、乐金、阿尔卡特朗讯、华为、英特尔、高通、恩益禧及博通,其中九家厂商已掌握全球50%的5G关键技术,而三星持有的专利数最多,达一百四十五件。
  随着大厂竞相加码投资,4G LTE和5G技术可望加速商转,提前纾解无线通讯网路壅塞的窘境。同样值得一提的是,虽然台湾专利布局数量不多,仅二十六篇,但已算是提前加入5G专利竞局,特别是现正处于5G技术研发初期,未有一家厂商独大某一技术,因此台湾仍有机会在擅长领域厚植技术实力,再加上专利技术与国际趋势相符,未来仍有机会在市场大展拳脚。
 

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