中国信通院苏丹等：5G+自动驾驶技术专利态势分析
0 引言
自动驾驶技术涉及多学科融合，其主要采用人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统等多个技术协同合作，使汽车在没有人主动操作的情况下自动安全地行驶[1]。5G作为新一代通信技术标准，其高速率、大容量、低时延的特性不仅能提供极致的用户体验，而且还能让万事万物彼此互联，开启一个突破限制、加速进步的新时代[2]。5G的出现无疑加速了自动驾驶技术的发展和自动驾驶产业的落地，为自动驾驶的安全性和高效性提供了保障。
1 5G+自动驾驶产业融合情况概述
随着5G商用牌照的发放，我国正式进入5G商用元年。《5G时代十大场景应用白皮书》[3]指出：车联网是5G重要的应用场景之一，并且5G技术的成熟给很多行业带来了技术革新，自动驾驶技术也不例外。5G能满足自动驾驶、远程控制和编队行驶等关键技术对网络安全、可靠、低时延和高带宽连接的严格要求[4]。5G技术具有大带宽、低时延、边缘计算等关键特性，这些特性也将应用在自动驾驶技术上，来解决自动驾驶在4G时代的难题，推进自动驾驶产业的商用落地。
2018年9月19日，在国家相关单位指导下成立了由高校、科研院所、通信与汽车制造企业、行业主管部门等47个成员组成的5G自动驾驶联盟。该联盟将牵头研究5G和自动驾驶两大前沿领域契合点，并协作合力研究该融合领域的关键技术。同时，联盟将致力于5G自动驾驶行业标准的研究，进一步探索发现基于5G自动驾驶的新的应用场景。此外，该联盟还提出了“5G自动驾驶领先计划”。联盟成员在新的一年会将工作重心聚焦在测试场地建设、重大科研项目申请、5G应用服务、行业标准制定等方向。2019年1月8日，中国汽研、中国电信重庆公司、大唐移动三家企业签订国内首个5G自动驾驶应用平台共建战略协议，三家企业承诺将尽快实现基于5G网络的自动驾驶落地示范应用，基于该自动驾驶落地示范应用的自动驾驶汽车可以实现在5G通讯环境下的测试和研究。
当自动驾驶邂逅5G时代，更多商业化落地案例仍在持续解锁中，目前已解锁了一些5G+自动驾驶的典型案例，如卡车自动编队行驶、车辆远程/遥控驾驶[5]、5G+自动驾驶技术在特种车辆上应用（5G自动驾驶环卫清拾机器人、5G自动驾驶路面清洗机器人、5G自动驾驶垃圾收运机器人、5G自动驾驶清扫冲洗一体式环卫机器人）等。
2 全球5G+自动驾驶专利分析
2.1 全球专利申请趋势
2012年至2019年全球5G+自动驾驶相关的专利申请情况如图1所示。截至2019年底，全球5G+自动驾驶相关专利申请共计30 447件，合并同族为16417项。
图1 5G+自动驾驶技术全球专利年度申请趋势
（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心）
从5G+自动驾驶全球专利年度申请趋势可以看出，5G+自动驾驶的专利申请量总体呈现增长趋势。2012年5G+自动驾驶技术相关的专利申请量为1221项，在这个时期全球的5G进程尚处于预研阶段，但是对于全球的汽车企业来说在这个时期自动驾驶技术研发已经到了平稳发展阶段，各车企纷纷布局专利也畅想将自动驾驶技术与未来的5G技术融合。2014-2017年，5G+自动驾驶专利的申请量迅速攀升，2015年的专利申请量相比2014年的申请量增长500项左右，这与该时期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研究有关；2015年到2017年5G+自动驾驶专利每年的申请量超过了300项，并在2017年专利申请量达到了顶峰，这是因为2017年5G新空口非独立组网标准3GPP R15的发布极大地催生了5G+自动驾驶技术的发展。由于专利数据公开的滞后性，导致2018和2019年可检索到的专利申请数量呈现下降趋势。
2.2 全球专利地域分布情况
5G+自动驾驶专利申请目标国家/地区主要集中在中国、美国、世界知识产权组织（World Intellectual Property Organization，WIPO）、欧洲和日本，如图2所示。
图2 5G+自动驾驶技术全球专利目标国家/地区分布
（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心）
中国作为全球拥有足够资本和实力开展5G+自动驾驶市场竞争的国家，已然成为全球传统车企、互联网公司、科技企业等争相进行专利布局的重要市场，在中国的专利申请高达31.49%，位居第一位；在美国的专利申请以20.48%占比位居第二，可见美国也是5G+自动驾驶领域的重要战略市场；还有16.93%的专利合作协定（Patent Cooperation Treaty，PCT）申请后续可能进入到PCT成员国，开展全球专利布局已经成为企业重要的专利布局策略，这是PCT申请占比高的主要原因；此外，随着5G+自动驾驶技术不断的发展，欧洲和日本巨大的竞争空间和发展机会，也正逐步受到各国公司的青睐。
2.3 全球专利申请法律状态
从5G+自动驾驶的法律状态来看，全球有49%的5G+自动驾驶技术专利处于审查中，有效授权专利的占比为21%，30%的专利已经失效，如图3所示。
图3 5G+自动驾驶技术全球专利申请法律状态
（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心）
5G NR非独立组网标准和5G NR独立组网标准的发布，极大地推动了5G与自动驾驶技术的融合，很多企业纷纷布局依靠5G技术实现自动驾驶的专利，这也是目前全球在审的5G+自动驾驶专利申请量占申请总量的49%（14 373件）的主要原因。目前，全球已经有21%（6 258件）的5G+自动驾驶专利获得专利权，这是因为有些嗅觉敏锐的企业早在2017年第一个版本的5G标准5G NR非独立组网标准发布前后就已布局5G+自动驾驶技术专利，到2019年年底经过两年多的时间已经获得专利权。另外，全球专利中有30%（8 893件）的5G+自动驾驶专利已经失效，这说明在5G+自动驾驶技术研发的初期专利申请质量不高，不过在失效的专利中也不乏未缴纳专利年费或自行撤销的专利。
2.4 全球专利主要技术领域
从5G+自动驾驶全球专利主要技术领域聚类图可以看出，5G改进无线技术和自动驾驶的智能决策与控制技术以及车辆协同技术是5G+自动驾驶全球专利技术的两大布局方向。
支持自动驾驶的5G改进无线技术专利主要涉及车联网/设备到设备（Vehicle to Everything/Device-to-Device，V2X/D2D）、资源分配、时延、控制信号、同步信号、参考信号、发现信号等方向，如图4所示。
图4 5G+自动驾驶技术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）
如图所示，V2X/D2D、资源分配、时延、和控制信号4个技术方向的专利申请量较多，其中，V2X/D2D方向的专利申请量达1 792件，V2X凭借其低延时、高可靠的网络连接交互能够使自动驾驶汽车真正量产，这也是众多企业争相布局相关专利的原因；资源分配方向的专利申请有1 302件，多为如何高效利用5G资源提出专利申请；时延方向的专利申请有1 296件，低时延对于自动驾驶来说非常关键，对5G低时延的研究有重要意义，其可以极大地提高自动驾驶汽车的安全性，降低交通事故发生；另外，控制信号也是一个重要的布局方向，控制信号的专利申请量有1 077件。
5G技术的发展极大地促进了自动驾驶技术的智能决策与控制技术和车辆协同技术演进。智能决策与控制技术是通过车辆的感知系统获取环境信息来进行决策与判断并以此控制车辆的行驶，针对该技术目前已申请了1 523件专利；车辆协同技术旨在通过智能通信系统实现双向、实时、高效的信息交互，为5G+自动驾驶车辆提供全时空信息，最大限度地提升道路交通系统的安全通畅。车辆协同技术方向包括车辆组网和邻近服务技术，其中，在5G+自动驾驶全球专利申请中车辆组网技术已有787件专利申请，邻近服务有1 267件专利申请。
3 在华5G+自动驾驶专利分析
3.1 在华专利申请总体趋势
截至2019年底，5G+自动驾驶在华专利申请共计9 588件，合并同族为7 510项。
图5 5G+自动驾驶技术在华专利申请总体趋势
（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心）
从5G+自动驾驶在华专利年度申请趋势图可以看出，在华专利年度申请趋势与全球专利年度申请趋势基本保持一致，总体呈现增长趋势（见图5）。在2015年年度在华专利申请量突破了1000项之后，每年专利申请量稳步增长，并在2017年在华专利申请量达到了1626项，这一年在华专利申请为全球专利申请贡献了50.2%的专利申请量。考虑到专利都有18个月的公开期，所以从目前来看2018年和2019年5G+自动驾驶在华专利申请数量呈下降趋势，这两年专利申请的公开数据不足体现专利实际申请情况。伴随2018年7月5G新空口独立组网标准3GPP R15的发布以及3GPP R16标准化工作的推进，预计2018年和2019年的申请量较以往仍会继续增加。
3.2 在华专利技术领域分布
从5G+自动驾驶在华专利主要技术领域来看，5G改进无线技术和自动驾驶的智能决策与控制技术、车辆协同技术和定位技术是5G+自动驾驶在华专利技术的两大布局方向，如图6所示。5G改进无线技术的专利主要涉及时延、V2X/D2D、资源分配、控制信号等方向。其中，涉及时延方向的在华专利有947件，涉及V2X/D2D的专利申请有701件，涉及控制信号的专利申请有170件。与5G+自动驾驶全球专利申请的技术分布相比，在华的专利申请在5G改进无线技术方向上新增了数据包收发（205件）和信道状态信息（Channel State Information，CSI）反馈（170件）相关专利。
图6 5G+自动驾驶技术在华专利技术领域
（数据来源：中国信息通信研究院知识产权中心和innography数据库）
利用5G实现自动驾驶技术改进的技术方向包括智能决策与控制技术、车辆协同技术和定位技术。智能决策与控制技术在华的专利申请量为166件，包括车辆组网技术和车辆信息交互技术在内的车辆协同技术在华的专利申请量共有341件。与5G+自动驾驶全球专利申请的技术分布相比，利用5G实现自动驾驶技术改进的技术方向新增了定位技术。高精度定位是自动驾驶汽车路径规划的前提条件，其能将自动驾驶汽车的环境感知结果与高精地图进行对比，得到车辆在高精地图中的精确位置和姿态，极大地提高自动驾驶的可靠性。因此，定位技术成为在华5G+自动驾驶技术专利申请的重要方向，有183件的专利申请量。
4 结语
5G技术赋能汽车行业，助力自动驾驶技术发展，使得自动驾驶产业发展进入快车道。本文聚焦5G+自动驾驶专利态势，从全球和在华两个维度入手，主要研究了专利申请趋势、专利地域分布、专利法律状态和专利主要技术领域的专利布局情况，并建议国内企业进一步加强关键技术研发，保持申请量增长，统筹布局国内及海外市场；建议科技公司应加快5G技术的研发，助力5G+自动驾驶技术落地；建议国家和各省市加快推动5G+自动驾驶技术标准和法律法规的制定，推动5G+自动驾驶产业发展。
参考文献
[1] 黄伟.自动驾驶汽车传感器技术产业分析[J]. 信息通信技术与政策, 2018（8）:40-44.
[2]武文星,刘瑞婷．全球5G发展综述[J]．数字通信世界,2019(5):25-26.
[3]华为技术有限公司.5G时代十大应用场景白皮书[R/OL].[2021-04-02].https://www-file.huawei.com/-/media/corporate/pdf/mbb/5g-unlocks-a-world-of-opportunities-cn.pdf?la=zh
[4]黄新波,唐俊．5G行业应用方向及其在测绘行业的应用探索[J].中国测绘,2019(5):6-9.
[5]徐晨曦.自动驾驶:车辆发展的终极目标[J]. 中国战略新兴产业,2016(7):21-23.
作者简介
苏丹，中国信息通信研究院西部分院工程师，主要研究方向为3G/4G/5G、wifi等方向的标准必要专利评估及专利分析。
闫坤，中国信息通信研究院知识产权与创新发展中心司法鉴定与专利标准研究部副主任，主要从事3G/4G/5G、音视频、车联网、wifi等方向的标准必要专利评估及专利分析工作。
李文宇，工学博士，中国信息通信研究院知识产权与创新发展中心副主任，正高级工程师。
校 审 | 陈 力、 珊 珊
编 辑 | 凌 霄
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