5G+工业互联网专利态势研究

本文围绕5G与工业互联网融合展开分析，探讨了其技术发展现状、专利布局趋势以及未来方向。5G作为新一代信息技术，与工业互联网深度融合，推动制造业高质量发展成为关键。全球范围内，5G+工业互联网专利申请呈快速增长态势，主要技术来源包括中国、美国、韩国和欧洲等国家和地区。专利布局主要集中在无线接入技术、网络切片、智能业务等领域，显示5G在工业互联网中的广泛应用潜力。同时，文章提出了建议，强调应发挥通信企业先锋作用，加大实体经济企业参与力度，优化核心技术布局，推动5G赋能工业互联网的全面部署与应用。

摘要

关键词 ：5G；工业互联网；专利

0 引言

5G作为一种重要新兴技术，其显著特点包括宽频带、低延迟和高可靠性，这些特质使其成为推动数字化产业链和上下游企业转型升级的关键动力。工业互联网作为一种新兴技术与实体经济深度融合的产物，是加快5G技术广泛应用的重要突破口。两者相互补充、协同作用，共同为制造业实现高质量发展注入强劲动力。

5G正进入商用部署的关键阶段，该技术将推动工业互联网从工业数字化向全面互联转型。具体而言，5G将通过以下四个维度赋能工业互联网：首先，从OT和IT架构的底层逐步延伸至顶层，推动工业互联网向智能化、网络化方向发展；其次，从辅助功能逐步向生产过程控制延伸，目前5G主要聚焦于辅助功能，未来随着工厂内5G网络的完善部署，将实现高效率、零停机、低时延和高稳定可靠的生产过程控制；第三，从eMBB逐步延伸至大规模机器类型通信（mMTC）和超可靠低延迟通信（uRLLC），其中eMBB场景涵盖超高清视频等大流量移动宽带业务，mMTC场景主要涉及环境监测、海量连接等大规模物联网业务，uRLLC场景则聚焦于远程制造、远程培训、远程手术、无人驾驶等低延迟业务；最后，从5G无线连接技术逐步延伸至边缘计算、网络切片和时间敏感网络等前沿技术领域。目前，3GPP R15已制定基于NSA和SA的eMBB标准，而在R16和R17规划中，3GPP正致力于研究5G NR在工业互联网领域的应用，以更好地融合5G网络与时间敏感网，最终目标是争取工业标准话语权，并有望颠覆工控及部分装备产品形态[1]。

1 5G与工业互联网产业的融合

1.1 全球5G+工业互联网产业融合情况

2018年，5G产业自动化联盟正式成立，其宗旨在于推动5G技术在工业领域的广泛应用，并基于实际应用场景持续优化5G技术。该联盟由来自传统自动化、制造业以及通信技术领域的领军企业共同组建，致力于标准化5G工业互联技术，推动工业自动化水平的提升。

2019年3月，5G-ACIA联盟正式发布《5G for Connected Industries and Automation》白皮书[2]，该白皮书详细阐述了5G技术在工业制造中的广泛应用，全面覆盖了从生产准备到产品装配的各个环节。欧盟、美国、韩国等发达国家/地区积极响应工业互联网领域的发展机遇，在汽车制造、电子自动化、机械制造等领域紧密合作，共同参与标准制定与应用推广工作，致力于在5G+工业互联网技术领域积极布局，抢占相关垂直产业的技术制高点。

1.2 我国5G+工业互联网产业融合情况

我国高度关注5G技术在工业互联网领域的创新发展，陆续制定相关指导性文件，致力于推动产业实现高质量发展。2019年8月13日，工业和信息化部召开"5G+工业互联网"全国现场工作会议，强调抓住新一代信息技术与实体经济深度融合的重大战略机遇，积极探索"5G+工业互联网"领域的[实践创新][3]，并要求加快推动"5G+工业互联网"建设，为制造业转型升级提供有力支撑。2019年11月，工业和信息化部发布《"5G+工业互联网"512工程推进方案》，明确到2022年要建设5个产业公共服务平台，覆盖10个重点行业，形成至少20个典型工业应用场景。2020年2月，中共中央政治局常务委员会会议确定加快5G网络、工业互联网等新基建发展的总体目标。2020年3月，工业和信息化部发布《关于推动工业互联网加快发展的通知》，详细规划了2020年"5G+工业互联网"发展的具体措施，提出要加快推动工业互联网发展"二十条"。

自2019年6月起，工业和信息化部开始向电信运营商发放5G商用牌照，我国正式迈入5G商用元年。作为制造强国，我国在5G技术和工业互联网融合方面具有重要引领作用。我国致力于电力、机械、汽车、石化、化工等领域的5G与工业互联网融合，以特定领域为突破口，推动融合创新发展，确保政产学研协同机制全面支持5G和工业互联网生态的建设。

2 5G+工业互联网专利态势分析

用于专利检索的数据库包括Derwent数据库[4]、Innography 数据库[5]和Innojoy数据库[6]，涵盖自2012年1月起至2019年9月止的全球专利申请。

全球专利范围涵盖中国、美国、日本、韩国、德国、法国及瑞士，以及世界知识产权组织和欧洲专利局等七国两组织的所有公开专利。专利分析主要在整体趋势分析模块中，采用同族专利统计方法，即一个专利同族中的多项专利合并后计为1项专利；而在具体技术统计时采用单件专利统计方式，具体依据图表中的“项”或“件”来区分同族统计与单件统计。需要注意的是，专利申请公开存在18个月的滞后期间，至本文完成日，2018年和2019年的部分专利尚未正式公开，因此2018至2019年的专利统计数量低于实际申请数量。

2.1 在维持2012—2016年的平稳态势后，2017年5G+工业互联网专利集中爆发

自2012年起，截至2019年9月，全球累计提交14,927项5G+工业互联网专利，经合并同类后总计10,084项。自2012年国际电信联盟（ITU）提出5G需求以来，产业界开始探索5G与工业物联网融合的应用场景和技术，2012-2015年间，5G+工业互联网专利呈现平稳增长态势，年均申请量维持在400至700项左右（如图1所示）。受2016年3GPP全面推进5G标准化研究及2017年12月5G新空口非独立组网标准发布的影响，5G技术在三大应用场景（eMBB、uRLLC、mMTC）的关键技术领域取得了显著进展；同时，自2017年起，全球多个国家纷纷发布5G+工业互联网战略部署政策，全球产业界成立了多个5G产业发展联盟和创新中心，共同研讨5G+工业互联网融合应用，专利数量呈现快速增长态势，截至2017年已达到3,219项的峰值水平。2018年6月，3GPP正式发布5G独立组网标准并启动5G R16标准预研工作，进一步推动uRLLC技术发展，以满足“工业制造”“电力控制”等更多5G工业物联网应用场景的需求。ICT创新主体和传统制造业在持续寻求创新突破的过程中，其2018-2019年的5G+工业互联网专利申请量较2017年实现了稳步增长。

图1 5G+工业互联网全球专利年度申请趋势

2.2 中美韩欧是 5G+工业互联网主要技术来源国家/地区

为考察各国/地区在技术研发领域的表现，统计了自2012年起至2019年9月间5G+/工业互联网专利主要发明人申请量的分布情况，结果显示，中国、美国、韩国、欧洲是5G+/工业互联网融合技术的主要技术来源国家/地区，这一现象与其所在国家/地区的5G+/工业互联网政策和发展环境具有密切关联。

我国持续探索传统制造业转型升级之路，特别重视工业互联网与5G技术的融合发展，并重点推出多项政策文件，旨在优化产业生态。由此，我国相关专利布局呈现活跃态势，占约45%的份额。与此同时，美国电信运营商和设备商基于自身在制造业领域的领先地位，借助工业互联网领域的技术领先优势，加速5G技术在工业互联网领域的应用进程。以三星和LG企业为主导的韩国则积极布局5G+工业互联网产业的协同发展，贡献了约10%的专利技术份额。而以瑞典、德国、芬兰、加拿大为代表的欧洲各国，则在5G+工业互联网专利布局方面占据重要地位，得益于其在5G技术储备上的雄厚实力，紧跟工业互联网技术的发展步伐，积极构建相关专利布局体系。

2.3 专利布局地域广泛

自2012年至今，截至2019年9月，5G+/工业互联网融合专利总计在23个国家和地区拥有专利布局。这些布局主要分布在WIPO成员国、中国、美国、韩国以及EPO成员国。值得注意的是，排名前五的国家/地区的专利申请量占比总和高达92%（如图2所示）。值得注意的是，WIPO成员国专利占总专利数的35%，位居首位。这一现象主要源于大多数企业越来越重视国际目标市场，期望在全球范围内同时部署5G产业应用，从而构建全面的专利保护体系。

图2 5G+工业互联网全球专利目标国家/地区分布

2.4 2/3专利处于在审状态

专利法律状态即为专利申请当前所处的状态，是专利价值的重要体现形式之一。图3展示了自2012年起，至2019年9月，涉及的14,927项5G+/工业互联网相关专利中，19%的专利申请处于失效状态，其失效原因涉及PCT申请进入国家阶段和专利申请撤回等情形；另有2385件专利获得权，占专利申请总量的16%；65%的专利申请处于在审状态，这一比例与5G标准制定与技术研发周期密切相关。其中，5G面向工业互联网的融合研究主要集中在5G技术相对成熟之后，而发明专利需要经过实质审查阶段方能授权，其审查周期普遍为3至5年，因此目前大部分专利仍处于审查阶段。

图3 5G+工业互联网全球专利法律状态

来源：中国信息通信研究院知识产权中心和Innography数据库

图4 5G+工业互联网全球专利关键技术聚类分析

重点研究5G技术在工业互联网应用中的支撑作用，通过5G技术的支撑，推动工业互联网应用的发展。

旨在明确5G和工业互联网融合领域的重点技术研发方向。自2012年以来，对截至2019年9月底的14927份专利内容进行分类统计分析，以识别当前创新主体在5G和工业互联网融合技术领域的研发布局重点。

5G技术专利在工业互联网应用中的应用涉及多个核心技术领域，包括无线接入技术、网络技术等。其中，参考信号技术是5G专利布局较为密集的重要领域，其专利申请数量达到1178件，是实现大规模天线技术不可或缺的关键技术，能够通过灵活波束赋形提升工业场景下的覆盖性能和通信容量，有效解决多端设备多场景下的接入问题。在控制信道/控制信息相关专利方面，累计申请数量超过1400件，主要聚焦于优化控制信道设计和配置，为工业互联网场景下的高效通信提供了技术保障。无线资源分配/管理技术通过670余件专利申请，为资源调度和优化提供了重要支持。随机接入方向专利数量达到490余件，主要针对工业互联网特定场景下的接入方法进行了改进优化。信道状态信息相关专利申请数量为400余件，重点在于优化信道状态信息的反馈机制。同步信号相关专利330余件，主要聚焦于同步信号的最优设计和应用。网络切片技术通过620余件专利申请，展示了其在5G资源分配和能力划分方面的强大能力。该技术能够根据不同的业务场景和业务模型，灵活定制资源分配方案，确保工业领域各环节的数据安全和独立性，是5G技术赋能垂直行业的关键技术。目前，网络切片技术已成为ICT企业和工业领域创新的重要关注点，其专利申请量持续增长，体现了其在技术发展中的重要地位。

基于5G技术的强大网络支撑，工业互联网创新领域的专利布局主要聚焦于智能业务和高数据速率业务。智能业务是专利布局的主要方向，累计申请专利1050余件。通过人工对智能业务相关专利进行细化筛选分析，发现其技术创新重点集中在设备互联互通的关键技术领域，包括 Device-to-Device（D2D）、机器通信、虚拟现实、数据计算与处理等方面。高数据速率业务主要应用于高带宽场景，具体包括基于视觉的照相检测、AGV和云化机器人等技术领域。为实现工业应用与5G技术的有机融合，高数据速率业务累计布局专利450余件。

2.6 ICT企业是推动5G赋能工业互联网融合应用的重要力量

基于5G+工业互联网领域的专利分析显示，全球主要专利申请人集中在通信企业，进一步说明，ICT领域的强企在推动5G赋能工业互联网融合应用中扮演着关键角色。具体而言，全球5G+工业互联网专利主要申请人包括华为、三星、爱立信、诺基亚、OPPO、VIVO、高通、INTEL、中兴、LG、AT&T等企业。

3 发展建议

3.1 继续发挥ICT企业先锋作用，加大实体经济企业参与力度

当前，5G+/工业互联网领域的专利申请主要聚焦于5G技术创新，而传统实体企业参与热情不高，主要针对应用实践问题，技术创新成果较为有限，难以在产业发展中占据主导地位。针对创新主体多元性不足的问题，一方面需要推动通信企业与工业互联网企业建立协同创新机制，通过重点行业试点示范和协同创新中心建设，率先在运输物流、石油化工等领域开展“5G+/工业互联网”商用应用示范，激发实体企业参与积极性；另一方面应积极培育细分工业领域的企业技术创新模式，开展面向行业骨干的知识产权战略与技能培训，打造制造业知识产权在职人才培养基地，并以行业示范应用带动融合领域关键技术的前瞻性研发，加快边缘智能、网络切片、时分网络等核心技术的攻关，在关键领域进行前瞻性布局。

3.2 保持核心技术优势，优化差异化技术布局

在5G技术体系构建方面，政府或企业需建立专利布局风险预警机制，通过专利布局风险预警机制，识别专利布局的空白点和薄弱区域，并在此基础上提前构建专利布局。同时，从工业互联网技术发展的视角出发，企业应制定全面技术升级规划，重点推进内外网的5G技术改造，构建基于5G技术的定位、远程控制和实时监测系统，以满足eMBB、mMTC和uRLLC等技术场景的需求，从而实现工业互联网领域的全面技术覆盖。

4 结束语

工业互联网是由实体经济与新兴技术深度融合而成，是推动5G商用进程的重要突破口。各国纷纷在5G+工业互联网的产业生态和应用体系中积极开展创新探索工作，未来工业互联网将成为全球制造业竞争的关键力量。本文深入分析5G+工业互联网专利布局态势，从专利申请趋势、技术来源国布局、布局目标国策略、专利法律状态以及申请人分布等五个维度展开研究。建议在5G+工业互联网创新主体方面，继续发挥信息技术领先企业引领作用，扩大实体企业参与深度；在技术布局层面，应持续巩固核心技术优势，优化差异化技术布局策略，为5G+工业互联网的广泛应用和深度应用提供有力支撑。