摘要：6G是继5G后的下一代信息通信技术，目前已经成为全球竞争焦点和研发热点。本文通过对Innography数据库专利数据进行情报分析，从时间、空间、内容三个维度全面揭示了全球6G技术发展现状。研究发现：6G技术目前处于发展前期；各国政府积极部署相关战略计划和行动；中国是6G技术的研发大国，专利申请总量占全球总份额的30%，已经形成了自己的研发优势；以华为、中兴、LG、三星、诺基亚等为代表的企业，是6G技术研发的主要力量；当前数据交换网络、无线电传输系统是6G技术创新的主要方向；美国注重无线信息资源管理技术研发，日本注重系统零部件研发，各国已经初步形成了自己的研发特点。
关键词：6G，专利分析，研发主体，技术热点
1 研究背景
6G即第六代移动通信系统（6th Generation Mobile Networks），是继5G后的下一代信息通信技术。当前5G面向垂直行业应用开发超大规模链接（mMTC）、低时延高可靠（URLLC）、增强型移动宽带（eMBB）等多应用场景[1]，极大地满足了当前网络通信需求。但面向2030年，5G在空间覆盖范围、性能指标等方面仍存在一定的局限性，不能满足未来网络要求[2]。6G将引入新的愿景、性能指标、关键技术和应用场景，以满足多种网络接入方式和实现空天地海一体化覆盖范围，实现关键性能指标的优化和相关技术的创新[3]。
6G网络将实现泛在、智能连接愿景，具体可实现空天地海一体化的网络泛在无缝连接，实现多样化的网络连接方式，实现通信感知计算一体化等智能连接。（1）空天地海一体化网络：将构建跨越地面、空域、海域和太空的一体化网络，即使在极端环境条件下（如沙漠、深海）也能实现通讯，真正实现全球覆盖。（2）多样化的网络连接方式：可通过移动蜂窝、卫星网络、无人机通信、水声通信、可见光通信等多种方式进行网络接入。（3）通信感知计算一体化：AI技术和区块链等技术应用于6G网络，将实现网络智能化管理，增强网络的安全性[4]。
6G技术在连接速率、连接密度、时延、频谱效率、能量效率等多个性能指标方面均会有很大的提升[5]：（1）6G用户体验速率可达1Gbps，峰值速率最高可达1Tbps，用户体验速率指标可以提升至5G的10倍以上，峰值速率指标可以提升至5G的50倍。（2）6G连接密度可达107/km2，网络连接密度比5G提升10倍。（3）5G网络空口时延为1ms，6G网络空口时延为0.1ms，时延缩短了90%。（4）频谱效率比5G提高3-5倍，能量效率提高至100倍以上。
6G关键使能技术可分为无线空口使能技术（例如太赫兹技术、信道编码技术、波形设计技术、多址接入技术、超大规模天线技术、全双工技术等）、网络使能技术（例如网络安全技术、确定性网络技术、分布式异构网络技术、空天地海一体化网络技术等）[6]、新物理维度使能技术（例如轨道角动量、智能超表面、智能全息无线电技术等）[7]等几大方面。目前6G技术标准尚未统一，关键技术尚未形成共识。
全球6G技术竞争已经拉开帷幕，6G技术已经成为全球竞争焦点和研发热点。国际标准组织和相关国家积极制定6G战略发展规划，推进6G技术研发。如国际电信联盟（以下简称国际电联）在瑞士日内瓦召开的第34次国际电信联盟工作组会议上，明确了2023年底前国际电联6G早期研究的时间表[8]；第三代合作伙伴项目（3GPP）提出于2023年开启对于6G的研发，并将在2025年下半年开始对6G技术进行标准化，在2028年下半年生产6G设备产品，在2030年正式进入6G商用时代；欧盟委员会建立智能网络服务合作关系，实施6G研究和创新计划；美国政府与产业界联合启动RINGS计划[9]，面向学术界开展基础性项目研究；中国政府成立IMT-2030推进组，推进6G研发工作实施[10]。
本研究采用专利情报分析方法对6G技术全球发展态势予以揭示。专利作为技术知识的载体，集经济、法律、技术信息为一体，通过对专利信息进行挖掘，可以从定量角度揭示各国家（地区）、组织机构、技术研发的侧重点，为技术发展提供决策参考。
2 数据来源及方法
研究选取Innography数据库作为数据来源；以6G技术作为主要的检索对象，并根据相关专家建议补充太赫兹、轨道角动量、智能超表面、智能全息无线电技术等关键技术，检索时间为2021年12月底；检索范围为1963年至今的所有专利数据；检索方式利用“关键词”+“IPC分类号”进行组合限定检索，将相关专利限定在国际分类代码H04（电通信领域）；经查重、清洗得到最终有效专利申请公开12259件。
研究采用Python、Excel等数据处理分析工具，采用数据挖掘、情报学方法对专利申请公开时间、公开国家、公开机构、技术分类号等字段进行提取、统计、分析和挖掘，分别从专利申请趋势分布、专利申请国家/机构分布、技术研究方向和各国申请热点几个维度揭示6G技术的发展全貌。
3 6G技术全球专利态势分析
3.1 专利时间分布
6G技术是一项综合性技术，是5G技术的继续演进。
技术发展得益于原始技术的产生、积累、融合与再创新。6G技术是多项关键技术的集合，涵盖增强型无线空口技术、新物理维度无线传输技术、太赫兹与可见光通信技术、内生智能的新型网络技术等多项关键技术。部分技术出现时间比较早，例如早在2000年初国外就已经开启了太赫兹技术的相关研究[11]。由于6G概念出现时间较晚，本研究展示了自2010年以来的6G技术相关专利申请公开趋势（如图1所示）。图1显示，2019年前，年均专利申请量均高于500项，2020年以后有所回落（考虑到专利从申请到公开具有18个月的滞后期，且2019年后全球受新冠肺炎疫情影响，因此下降趋势在合理范围内）。
总体来看专利申请趋势比较平稳，6G技术相关专利并未形成规模性上涨趋势，目前仍处于技术研究的前期阶段。目前多国已经发布相关白皮书，对6G技术愿景进行展望，对关键候选技术进行分析，未来3-5年是6G技术研发的关键时期。
3.2 专利空间分布
3.2.1 技术公开国家
6G技术是各国战略性竞争的焦点，各国均进行了大量的专利布局。图2对全球6G技术相关专利进行统计，最终得出6G技术专利申请公开排名前15的国家。可以明显看出，全球6G技术专利申请公开国家之间存在明显的数量差距，中国凭借3528件专利领跑全球。
从国家排名可以看出，以中国、美国、日本、韩国等为代表的国家在6G技术发展上处于世界领先地位，专利申请量占全球80%，是6G技术专利申请的主要国家。（1）中国6G技术相关专利3528件，专利量排名第1，在全球占比为30%。（2）美国6G技术相关专利2376件，专利量排名第2，在全球占比为20%。（3）日本6G技术相关专利2356件，其专利申请量与美国基本持平，专利量排名第3，在全球占比为20%。（4）韩国6G相关专利1154件，专利量排名第4，在全球占比为10%。（5）其他国家（例如法国、德国、加拿大、瑞典、英国、意大利、荷兰、芬兰、印度、匈牙利、澳大利亚）专利申请量均在1000件以下，专利总量在全球占比为20%。它们是6G技术的研发补充力量。
各国政府重视6G技术研究，进行6G研发工作顶层设计。例如：（1）中国政府部门从2019年开始进行6G战略部署，成立IMT-2030推进组，推进6G研发工作实施。科学技术部制定国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”重点专项项目，支持6G项目研究。（2）2021年美国政府部门与产业界共同发起RINGS计划，面向学术界开展6G基础研究。2020年美国电信产业解决方案联盟（ATIS）成立Next G联盟，促进6G技术研发、标准化和市场化[12]。（3）2020年日本政府部门发布首个6G战略计划“6G技术研发综合战略”，制定详细的6G技术发展路线。得益于5G技术的领先，中国在6G相关技术专利申请方面具有累积优势。以美国、日本为代表的发达国家虽然在专利数量上与中国存在一定的差距，但其竞争实力必须得到重视。
3.2.2 技术研发机构
6G技术是全球研发竞争的热点，全球相关组织机构均进行了大量的专利布局。图3展示了全球6G技术专利申请公开排名前20的研发机构，可以看出，中国、美国、日本、韩国等国家的研发机构处于世界领先地位，华为、中兴、LG、三星、诺基亚、日本电气、日本电报电话、爱立信、高通是全球6G技术发展的主要推动者。
全球前20的研发机构中：（1）中国企业实力靠前，其中华为专利申请量全球第一（共申请6G相关专利890件），中兴排名第二（共申请6G相关专利721件），二者是全球6G技术研发的领军企业。（2）日本企业研发活动活跃，6家企业排名靠前。其中专利申请以传统型电信企业日本电气和日本电报电话公司为主（专利申请量均在400件以上）。（3）韩国企业研发实力雄厚，LG、三星2家公司排名靠前。值得注意的是，韩国电子通讯研究院是该排名中唯一的政府研发机构。（4）美国研发机构中，研发水平比较平均，以高通公司、交互数字通信有限公司、思科公司、美国电话电报公司为研发主体，专利申请数量均在100-300件之间。（5）欧洲国家中，以芬兰的诺基亚公司、瑞典的爱立信公司为代表的信息通信技术企业也是全球6G技术研发的主要推动者。需要注意的是图3中韩国、芬兰、瑞典、荷兰等国家的代表机构专利公开数量多于图2中该国的专利申请公开总量，原因是代表机构在其他国家也有相关专利申请。
全球研发机构6G技术研发行动中，成立研发中心、发布相关白皮书、启动相关合作研发计划是当前开展研发的主要做法。例如：（1）华为公司早在2019年8月就在加拿大渥太华成立6G研发实验室[13]，启动6G研究；并于2020年6月携手中国联通公司、银河航天公司达成空天地一体化战略合作伙伴协议，共同发力6G领域。（2）LG公司在2019年初与韩国先进科学技术研究院（KAIST）合作成立6G研究中心[14]，同年三星公司发布6G白皮书《下一代超连接体验》（The Next Hyper Connected Experience for All）。（3）诺基亚公司牵头一系列研发项目，例如芬兰6Genesis项目和欧洲6G旗舰项目Hexa-X项目[15]等。
3.3 专利内容分布
3.3.1 技术研发方向
6G关键使能技术主要涵盖无线网络空口技术和网络层技术，图4统计了排名前15的技术研发方向（按照IPC分类小组统计），表1对技术研发方向进行释义。可以看出，当前技术研发方向集中在以H04L（数字信息的传输）、H04B（传输）、H04W（无线通讯网络）、H04N（图像通信）、H04Q（选择装置）、H04J（多路复用通信）等小类为代表的技术分支下。
因此，当前技术研发主要围绕网络层、无线传输层进行技术创新。（1）网络层技术方向涉及数据交换网络（H04L-012）、信息传输设备（H04L-001、H04L-29、H04L-009、H04L-005、H04N-005、H04Q-003、H04B-001、H04L-027、H04N-001）、信息传输安全（H04L-009）等方面。其中，数据交换网络（H04L-012）技术方向是当前专利申请的主要方向（专利申请量2799件），网络检测或防止接收信息错误的装置（H04L-001）也是研发的重点（专利申请量629件）。（2）无线传输层技术方向涉及无线传输系统（H04B-007）、无线传输监督测试安排（H04W-024）、无线传输方式（H04B-010）、无线传输资源分配管理（H04W-072）、多路复用通信（H04J-099）等方面。其中，无线电传输系统（H04B-007）是当前专利申请的主要方向（专利申请量1256件）。
3.3.2 公开国家研发热点
图5对比了专利申请公开排名前10的国家在不同技术方向上的专利分布，在一定程度上反映出各国专利申请的侧重点、技术研发上的优势与劣势。
可以明显看出，中国、美国、日本、韩国在6G技术研发热点上进行了大量的专利申请布局。其中数据交换网络、无线电传输系统是各国研发的重点，专利申请量大。除上述两个研发热点外，中国在光传输或量子传输、检错装置、监督监测测试安排、装置仪器电路系统、保密安全通信等方面具有一定的研发优势，在无线信息资源管理方面有待加强；美国在无线信息资源管理、传输路径多重使用装置方面已经形成了自己的竞争优势；日本比较注重系统零部件、监督监测测试安排方面的专利申请，但对于无线电传输系统方面的研发有待加强；韩国在各技术研发热点上均有涉及。其他国家在各研发热点方向专利申请量少，整体实力有待加强。
4 结论
本文从专利时间分布、专利空间分布、专利内容分布三个维度出发，全面揭示了全球6G技术发展趋势、技术公开国家、技术研发机构、技术研发方向、公开国家研发热点等概况，并得出以下5点结论，以为当前6G技术发展提供参考。
（1）全球6G技术处于技术研究前期阶段，相关专利申请并未形成规模性上涨趋势。目前6G愿景需求尚不明确，关键技术尚未形成业界共识，未来3-5年是技术研发的关键时期。
（2）中国是6G技术研发大国，其以3528件专利申请公开领跑全球，在全球占比为30%，美国、日本次之，在全球占比均为20%。各国政府重视6G研发开展，顶层设计并部署6G研发工作，明确了面向2030年的6G技术发展路线。
（3）以华为、中兴、LG、三星、诺基亚、日本电气、日本电报电话、爱立信、高通等为代表的研发机构是全球6G技术发展的主要推动者。各研发机构纷纷成立研发中心，发布相关白皮书，启动相关合作研发计划，大力推动6G技术的快速发展。
（4）当前技术研发主要围绕网络、无线传输等方向进行技术创新。具体涉及交换网络、信息传输设备、信息传输安全、无线传输系统、无线传输监督测试安排、无线传输方式、无线传输资源分配管理、多路复用通信等多方面。
（5）数据交换网络、无线电传输系统是各国研发的重点。中国在各研发热点实力较强；在无线信息资源管理方面，美国专利申请量高于中国；日本在系统零部件方面研发能力较强。
参考文献：
[1]苑朋彬，佟贺丰，赵蕴华，等.全球5G技术专利市场研究[J].全球科技经济瞭望，2019，34（2）：68-76.
[2]贵州省大数据发展管理局.中国联通发布《6G白皮书》 [EB/OL].（2021-04-05）[2022-01-01].https://mp.weixin.qq.com/s/OjiBBmpOGob9HmlbVFV3_g.
[3]林德平，彭涛，刘春平.6G愿景需求，网络架构和关键技术展望[J].信息通信技术与政策，2021，47（1）：82-89.
[4]中国电子信息产业发展研究院.6G概念及愿景白皮书[EB/OL].（2020-03-12）[2022-01-01].https://ccidgroup.com/info/1096/21569.htm.
[5]Vivo.6G愿景、需求与挑战[EB/OL].（2020-10-29）[2022-01-01].https://mp.weixin.qq.com/s?src=11×tamp=1640744909&ver=3525&signature=ObSTIHUxh0fQ2QqREHJcoxPQNHB0PVLSfwdExkAmwGsHdPcggxABFJJKxLmaDnJ2pRWXOEozFbiiIxOcsHuHwwYvJ6rVgVy3D6khq5Gls-8wqM8nQ8QnsnJ4gYNjd8Hv&new=1http://www.vivo.com.cn/6g/CH/vivo6gvision.pdf.
[6]紫金山实验室.6G研究白皮书——迈向6G无线通信网络：愿景、使能技术和新的范式转换[EB/OL].（2020-12-04）[2022-01-01].http://www.pmlabs.com.cn/plus/view.php?aid=1044.
[7]新华网.IMT-2030（6G）推进组正式发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书[EB/OL].（2021-06-06）[2022-01-01].http://www.xinhuanet.com/info/2021-06/06/c_139989026.htm.
[8]张平，张建华.6G愿景及技术挑战专题导读[J].中兴通讯技术，2021，27（2）：1.
[9]National Science Foundation.Resilient & intelligent nextGSystems（RINGS）[EB/OL].（2021-08-12）[2022-01-01].https://www.nsf.gov/pubs/2021/nsf21581/nsf21581.htm?org=NSF.
[10]工业和信息化部.IMT-2030（6G）推进组6G研讨会开幕[EB/OL].（2021-09-16）[2022-01-01].https://www.miit.gov.cn/jgsj/txs/gzdt/art/2021/art_66d9e84c556747f3a593024d5013ac83.html.
[11]周智伟.太赫兹技术发展综述（上）[J].军民两用技术与产品，2020（1）：40-44.
[12]NEXTG.NextG Alliance Working Groups[EB/OL].（2020-10-01）[2022-01-01].https://nextgalliance.org/about/.
[13]中国科学网.华为加拿大实验室或已开始研发6G技术[EB/OL].（2019-08-15）[2022-01-01].http://www.minimouse.com.cn/plan/2019/0815/63082.html.
[14]焦点中国.LG与韩国科学技术院协同创办6G研究中心[EB/OL].（2019-01-30）[2022-01-01].https://www.centrechina.com/news/hot/127722.html.
[15]5GPPP.Hexa-X[EB/OL].（2021-01-01）[2022-01-01].https://5g-ppp.eu/hexa-x/.
第一作者简介：苑朋彬（1990—），男，助理研究员，主要研究方向为技术竞争情报。讯作者简介：杨帅（1990—），男，助理研究员，主要研究方向为科技评价研究。
