北斗產業鏈上游專利申請技術分析

+ 李軍 張揚 國家知識產權局專利局

北斗產業鏈上游專利申請技術分析

+ 李軍 張揚 國家知識產權局專利局

北斗導航系統是我國具有自主知識產權的衛星定位系統，是全球四大衛星導航系統之一。目前，北斗導航產業正進入高速發展期，而以北斗芯片為核心的專利技術位于整個北斗產業鏈的龍頭地位，是當前研發和將來市場爭奪的熱點。本文從專利申請分析的視角，以圖表的方式，對北斗產業鏈上游從整體到各個分支的專利申請趨勢、區域分布、重要申請人進行了統計分析和內容研究。

北斗 芯片 產業鏈 上游 專利 分析

表1 北斗產業鏈上游技術分支

1 北斗產業鏈上游概述

中國的北斗產業已進入新的發展階段，與GPS/ GLONASS/Galileo并立為四大全球導航衛星系統。圍繞北斗的產業鏈分為上游、中游和下游三個部分，其中北斗產業鏈上游處于整個北斗產業鏈的源頭，是整個北斗產業發展壯大的核心動力，如表1所示，其分為北斗衛星導航芯片(以后簡稱北斗芯片)、北斗RFID/NFC芯片以及北斗OEM板卡三個技術分支。為了更好地推進北斗產業鏈的發展和壯大，迫切需要對北斗產業鏈上游的發展狀況從專利申請的角度加以分析和研究。

北斗芯片包括北斗射頻芯片和北斗基帶數據處理芯片，其中北斗基帶數據處理芯片是其中的核心組件。北斗基帶數據處理芯片由基帶硬件處理單元、SoC控制系統單元，數據處理及PVT解算單元組成。基帶硬件處理單元包括捕獲和跟蹤兩部分，捕獲意味著找到一個確定的衛星信號(獲取載波頻率及擴頻碼相位信息)；跟蹤主要是發現導航數據相位的變化，這兩部分一般是由硬件實現。SoC控制系統單元負責控制基帶芯片完成對衛星信號的捕獲，后將捕獲結果回送到跟蹤模塊實現實時跟蹤，同時運行基帶算法程序，將基帶信號經過解調得到導航數據、將基帶信號經過解調得導航數據，PVT解算等一系列的基帶處理。北斗射頻芯片負責將衛星接收機接收到的北斗衛星射頻信號經過前置低噪放大器和下變頻器后得到模擬中頻，經過A/D轉換得到數字化的中頻信號送入北斗基帶數據處理芯片。

目前北斗雙模射頻和基帶芯片都已經實現國產化。在基帶芯片方面代表產品有泰斗微電子的BD2/ GPS雙模基帶芯片TD1002A和TD1010、東方聯星的OTrack-32BD/GPS/GLONASS多模兼容導航芯片、國騰電子的多模導航基帶芯片GM4672、華力創通的HwaNavChip-1北斗/GPS多頻精密導航基帶芯片等等；在射頻芯片方面，國內代表產品包括博納雨田的RDSS收發芯片BN622X和BD/GPS雙通道衛星導航射頻芯片BN631R、廣州潤芯的北斗二代射頻芯片RX1002、中電科技二十四所的BD/GPS/Galileo三模單通道衛星導航射頻芯片XN235，以及西安華訊的二代射頻芯片HX8212等等[1]。除了民用芯片外，還有若干公司提供軍用的芯片。

圖1 北斗產業鏈上游專利申請趨勢圖[2]

本文以專利申請的視角，分別從北斗專利申請趨勢、區域分布和主要申請人三個方面對北斗產業鏈上游技術的專利申請整體狀況進行統計和分析；本文還以技術分支的視角，首先針對上游的主要技術分支，即“北斗芯片”的申請特點進行了分析，同時也對另外兩個分支，即北斗與最新多媒體通訊技術的融合以及北斗的特殊功能板卡專利的申請內容進行了研究。因為目前北斗系統的覆蓋范圍和用戶僅限于國內，因此，我們主要針對CNABS數據進行檢索和統計分析。檢索使用的中文關鍵詞為：芯片、模塊、板卡、基帶、射頻、識別、RFID、NFC、近場通訊；檢索使用的英文關鍵詞為：beidou、compass、Chip、module、board、card、baseband、radio、frequency、identification、near、field、communication；檢索使用的分類號為：分類號：G01S19/00、G01S5/00、G01S1/00、G01C21/00、H04B7/00、G01S 19/04、G01S 9/44。

2 北斗產業鏈上游專利申請技術分析

截至2015年1月底，在CNABS數據庫中檢索到涉及北斗產業鏈上游的專利申請達到192項。(2014年專利申請目前還沒有完全公開，故不作為討論對象)

2.1 專利申請趨勢分析

圖1清楚顯示了北斗產業鏈上游專利申請三個明顯不同的階段。第一個階段(2009年之前)：2009年之前北斗芯片的專利申請非常少見，年均申請量只有1件，這是因為我國在2000年才發射了北斗導航定位系統的兩顆衛星，系統技術和基礎落后國外30年，圍繞北斗芯片的科研工作剛剛起步，還沒有市場化條件和申請專利的意識。第二個階段(2009-2010年)：2007國家為大力推進芯片模塊終端產業化出臺了《衛星應用產業發展若干意見》，該意見中明確要求“促進衛星導航產業規模化快速發展”、“開發重大示范應用工程”、“鼓勵自主知識產權衛星導航接收芯片、關鍵元器件、電子地圖、用戶終端等產品的標準化和產業化”。為貫徹落實該意見，國家發改委于2008-2009年組織實施了衛星應用高技術產業化專項，專項支持發展基于北斗/ GPS/GLONASS/伽利略衛星導航系統兼容的模塊化、小型化、低功耗技術及系統應用開發與產業化。同時，2007年4月14日，我國西昌發射基地用長征3號火箭成功發射了第一個北斗二號中軌衛星，2009年4月15日又發射了第二個北斗二號地球同步軌道衛星。借助于國家政策的大力支持、導航衛星數量和質量的提升，2009年-2010年間北斗產業鏈上游的專利申請量急劇增長，從2009年之前的年均1件劇增到2009年的19件，2010年專利申請量為32件。第三個階段(2010-2013年)：經過了數量的井噴之后，北斗產業鏈上游產品進入質量比拼階段，專利申請量呈現溫和的上漲趨勢，產品功能不斷豐富和完善，由單一的導航功能向著多系統GNSS兼容互用、多手段集成、通信慣導NFC、多模化應用(例如定位導航測向授時)的方向發展。

圖2 北斗產業鏈上游專利申請區域分布圖

2.2 專利申請區域分布分析

圖2顯示了北斗產業鏈上游的專利申請在國內主要地區的區域分布情況。

北斗產業鏈上游的專利申請中，北京地區的專利申請量占到了全國專利申請量的46%，接近全國專利申請量的一半，證明了北京地區處于北斗產業鏈上游的龍頭地位，這與北京高校資源豐富和易于得到國家政策支持是分不開的；廣東省的專利申請量占到了全國專利申請量的36%，處于北斗產業鏈上游第二的位置，主要得益廣東省對外開放以及市場化程度比較高，經濟活躍度高，特別是具有泰斗微電子這一北斗導航界的領軍企業；其余地區的專利申請量都不大，在個位數徘徊。這是由于北斗產業鏈上游產品，在研發、流片、測試的前期資金投入很大，進入產業化階段后競爭比中下游產品更為殘酷，經過幾輪淘汰，北斗產業鏈上游專利申請的區域集中度表現得比中下游更為明顯。

但是在檢索中也發現有些具有研究實力的企業雖然在北斗芯片研究中推出了知名的產品，但是卻沒有或基本沒有專利申請(可能是通過國防專利或技術秘密可以保護)。例如上海復控華龍微系統技術有限公司2008研制成功北斗衛星導航的核心芯片“領航”一號，是我國自主開發的完全國產化的首個衛星導航基帶處理芯片，卻沒有一件北斗專利申請；西安華訊微電子有限公司繼2010年研制成功兼容GPS和北斗二代的雙通道射頻芯片后，于2011年8月成功量產兼容GPS和北斗二代B1頻點的雙模導航定位基帶芯片，但是該公司僅在2005年申請了一件北斗芯片專利申請。

圖3顯示了北斗產業鏈上游專利申請在全國地理區域上的分布狀況。北斗產業鏈上游專利申請僅分布在技術實力和資金實力最為雄厚的省份或直轄市。例如北京、廣東、陜西、江蘇、湖北、安徽、重慶、浙江，這些省份的面積不到全國面積的五分之一。而其他省份由于技術和資金實力的差距，沒有一件與北斗產業鏈上游有關的專利申請，即北斗產業鏈上游專利申請在全國來說呈現極強的不均衡性，高度集中在北京和廣州這兩個中心城市。

圖3 北斗產業鏈上游專利申請地理分布

圖4 北斗產業鏈上游專利重要申請人分析圖

2.3 專利申請主要申請人分析

從圖4中看出，東莞泰斗微電子在北斗產業鏈上游專利申請量排名遙遙領先，達到69件，這與該企業在北斗導航界的地位是相稱的，作為我國近年來在政、產、學、研、用結合中涌現出的衛星導航企業，泰斗微電子立足自主研發，打造了一支專業的衛星導航核心技術研發團隊，通過在核心算法、產品架構、芯片設計和系統應用等方面的多項創新，形成了定位快、精度高和應用方便的產品特點，目前泰斗微電子已在國內首家推出導航系列雙系統基帶芯片和多款的解決方案。

華力創通、北斗星通、和芯星通的專利申請量分別位于第二、第三和第四的位置，公司都位于北京且芯片研發能力雄厚，專利申請量分別為30件、19件和14件，其總和達到63件，接近東莞泰斗微電子的專利申請量。

排名第四位之后的企業專利申請量都比較少，并且多是以北京地區的企業或研究機構為主。值得一提的是：北京的企業還通過分公司的形式向外輻射，例如蒼穹數碼分為武漢和北京兩個分公司，專利申請量方面北京公司比武漢公司多一些；合眾思壯也分為西安和北京兩個分公司，專利申請量方面西安公司比北京公司多一些。

故總體來看，北斗產業鏈上游專利重要專利申請人的特點是：中國南部以東莞泰斗微電子一家獨大，而北部則以北京為核心且企業數量多研究能力較強，并以分公司的形式向中部拓展發展空間。

圖5 北斗芯片專利申請趨勢圖

圖6 北斗芯片專利申請區域分布圖

圖7 北斗芯片專利重要申請人分析圖

3 重要技術分支專利申請分析

北斗產業鏈上游產品分為三個分支，即一個核心技術分支和兩個延伸型技術分支。核心技術分支就是北斗芯片本身，延伸型技術分支中的一個表現為與RFID/ NFC等最新的多媒體通訊技術的結合，另一個是具有特殊功能的北斗OEM板的二次開發。以下內容分別針對這些技術分支的專利申請進行專利統計分析。

3.1 北斗芯片

3.1.1 技術趨勢分析

圖5顯示了北斗芯片的專利申請總量自2005年以來隨時間變化的整體趨勢。

從上圖中可以看出，北斗芯片專利申請的區域分布與北斗產業鏈上游產業的區域分布也是一致的。在北斗芯片的專利申請當中，北京和廣東兩地的申請量分別占到了全國專利申請量的48%和37%，幾乎壟斷了全國的北斗芯片申請。這是由于北斗芯片屬于北斗產業鏈上游產品，是智力和資金密集型投資產業，經過不斷的競爭和淘汰，呈現出強者更強，弱者更弱的局面，申請量越來越集中在北京和廣東這兩個全國經濟技術最活躍的城市/省份。陜西省排名第三，其具有著名的西安華訊微電子有限公司，核心技術是衛星(GPS、伽利略、北斗)定位芯片組、OEM模塊及其應用系統的開發、生產。目前，該公司被中國航天科工集團第一研究院(十大央企)收購，更名為西安航天華訊科技有限公司。陜西省內還具有中電科技第20所，又名西安導航技術研究所，該單位是我國無線電導航與衛星導航研發基地、數據通訊研發基地。陜西省內還有合眾思壯西安分公司(合眾思壯已建設了北京、上海、西安三大研發中心)，其技術涵蓋GPS、GLONASS、北斗及多系統組合導航定位。可見，陜西省雖然北斗芯片專利申請量不多，但是在北斗芯片研發方面技術實力雄厚，推出了多款適合市場需求的產品。

從圖7中看出，北斗芯片的專利重要申請人排名第一的依然是東莞泰斗微電子，專利申請量達到53件。華力創通、和芯星通和北斗星通分別以24件、14件和13件排名第二、三、四位，這三家企業總和為41件，還不到東莞泰斗微電子的一半。其他企業的專利申請量只是個位數字并且多數是北京企業。可見，北斗芯片專利重要申請人的特點依然是：東莞泰斗微電子一馬當先，北京眾多強勢企業跟隨其后，其他企業則處于邊緣狀態。

3.2 北斗RFID/NFC芯片

經過檢索后發現，國內將北斗芯片與最新的多媒體通訊技術相融合的專利申請數量很少。目前僅有東莞泰斗微電子、武漢理工大學和東方聯星三家企業/科研單位存在在這方面的專利申請，總共僅有六件專利申請。其中東莞泰斗微電子專利申請三件：2011年申請了兩件，其中一件發明名稱為“一種基于RFID的聯合定位裝置及方法”(CN102494683A)，發明目的是借助于射頻識別無線網絡，克服環境限制，提高定位精度，在任何情況下都可以得到和有良好衛星情況下一樣的效果；另一件發明名稱為“一種授時手表共享標準時方法(NFC方法)”(CN102520607A)，發明目的是通過在傳統授時手表上增加一個NFC(近距離無線通訊)模塊來實現授時手表之間共享標準時；另一件為2012年的專利申請，名稱為“一種定位監控系統和方法” (CN103675879A)，其發明目的是通過采用GNSS和WiFi結合聯合定位解決了連續定位的問題，特別是GNSS信號不好的地方，往往是WiFi信號豐富的地方，能夠有效彌補GNSS定位的不足，并且WiFi還可以進行通信，解決了監控和報警產生流量大的問題。這反映出東莞泰斗微電子在探索北斗芯片與最新多媒體通訊技術結合以增強北斗產品功能方面具有強烈的開發意識。另外，武漢理工大學2014年申請了兩件，一件發明名稱為“一種基于RDSS和NFC的無人區景區的電子支付方法(NFC方法)”(CN104217323A)，發明目的是利用北斗短報文通信技術和NFC技術相結合解決了無網絡覆蓋區域的無人區景區的電子支付問題；另一件發明名稱是“基于SVM的景區電子商務推送方法及系統”(CN104077706A)，其發明目的是通過將北斗的定位功能與旅游景區的電子商務相結合，能夠為游客推薦更為合理的旅游服務信息。另外，東方聯星2014年申請了一件專利，發明名稱為“基于虛擬北斗衛星導航信號的室內定位系統和方法”，發明目的是立足于現有北斗衛星導航地面接收設備的硬件，通過安裝在建筑物內部或外部的電文轉發設備發射虛擬北斗衛星導航信號，利用現有的室內無線定位系統(發紅外、超聲波、藍牙、WiFi、RFID等短距離無線技術)，為現有的北斗衛星導航地面接收設備提供高可靠性的室內定位服務。

圖8 北斗RFID/NFC芯片專利重要申請人分析圖

3.3 北斗OEM板卡模塊

北斗OEM板卡模塊方面的專利申請數量不少，總共有43件。

3.3.1 專利申請趨勢分析

圖9顯示了北斗OEM板卡專利申請量自2005年以來隨時間變化的趨勢。北斗OEM板卡專利申請在2009年之前為0。為貫徹落實《關于促進衛星應用產業發展的若干意見》，加速推進衛星應用由試驗應用型向業務服務型的轉變，促進民用衛星應用產業發展，國家發展改革委于2008-2009年組織實施了衛星應用高技術產業化專項，之后，北斗OEM板卡類的專利申請量從2009年開始實現0的突破陡然上升，并且在2012年達到一個小高潮，數量達到11件，這一時期的申請內容主要為高精度定位和精確授時，之后專利申請量略有下降，在2013到2014期間又再次形成一個上升趨勢，這一時期的專利申請以多頻點多卡系統為主要特點。

圖9 北斗OEM板卡專利申請趨勢圖

圖10 北斗OEM板卡專利申請地域分布圖

3.3.2 專利申請區域分布分析

圖10為北斗OEM板卡專利申請按國內主要地區的分布圖，從圖表可以看出，北京在數量上名列第一，占有總量的51%，廣東以30%的比例緊隨其后，后面依次是陜西、江蘇、武漢和安徽省。可見，在OEM板卡模塊申請方面，仍舊是以北京、廣東為中心。

3.3.3 重要申請人分析

我國北斗OEM板卡模塊的重要申請人專利申請量如下圖所示：

在OEM板卡專利申請量方面，東莞泰斗微電子在重要申請人中名列第一，反映了該公司對北斗芯片的二次開發能力非常雄厚，北斗星通和華力華通申請量排名第二和第三，這兩者申請量之和不到東莞泰斗微電子的一半。OEM板卡專利申請量代表著企業對OEM板卡的二次開發能力，經過二次開發后的OEM板卡能夠實現特殊的用作，例如水文監測、災難救援、高精度定位和授時等等。

4 國外公司在中國的專利申請分析

檢索結果中有一篇申請人為C S R技術股份有限公司的申請，地址美國加利福尼亞，申請號2012105192460，申請日為2012年12月6日，發明名稱“向傳統導航衛星接收器增加多系統功能”，該申請提出一種經濟有效的多GNSS解決方案，其中基帶控制器沿著用于傳統GNSS信號的第一信號處理路徑和用于非傳統GNSS信號的第二信號處理路徑，控制數字化數據的測量時間的同步，從而能夠取得比傳統多GNSS解決方案更優的導航性能。該技術方案所述的多GNSS系統包括中國的北斗導航衛星系統。可見，國外已經開始針對多GNSS技術方案在中國范圍內開始布局了。

5 重點省份北斗產業鏈上游技術對比分析

圖12顯示了北斗產業鏈上游技術專利申請按技術分支的分布情況，總體來看北京、廣東處于絕對領先的第一梯隊，陜西、江蘇和湖北處于第二梯隊的位置、安徽、浙江和重慶處于第三梯隊。第一梯隊和第二、三梯隊之間專利申請量差距相當大，體現出北斗產業鏈上游特有的強者更強，弱者更弱的發展規律。

圖12還顯示出北斗芯片是北斗產業鏈上游的重點和核心，專利申請內容呈現出追求“三高三低”即高集成、高抗性、高動態、低誤碼、低功耗、低成本的特點。北斗OEM板卡是北斗產業鏈上游的重要分支，對應著高精度(例如測繪、遠洋)和授時用戶(例如通信基站、電力)。而北斗芯片與RFID/NFC等新型通訊技術相結合是北斗走進民用消費類市場的必經之路，但是目前這個分支的專利申請數量很少。

圖11 北斗OEM板卡專利重要申請人分析圖

圖12 重點省份北斗產業鏈上游技術分支分布圖

6 小結

本節對北斗產業鏈上游專利申請分別從申請趨勢、區域分布和主要申請人三個方面進行了分析。從專利申請趨勢上看，呈現出三個不同的發展階段，即2009年之前的緩慢發展階段，2009-2010年間的爆發式發展階段，2011至今的以提升產品質量、豐富產品功能為特征的平穩發展階段。

目前所處階段專利申請的內容呈現以下特點，這些特點也是幾年后主流北斗芯片產品的主要特征：

1、高性能的北斗芯片仍舊是當前北斗產業鏈上游專利申請的熱點，特別是具有多模兼容、單片化、低功耗特點的北斗芯片；

2、北斗芯片采用多種增強技術，例如慣導技術、WiFi技術來提升定位精度和擴大定位區域，顯示對于導航/定位的精度要求永無止境；

2、多GNSS導航系統北斗板卡專利申請數量增加很快，說明兼容機特別是與GPS兼容的北斗板卡產品非常具有生命力；

3、具有授時功能和高精度定位北斗OEM板卡專利申請數量也比較多，說明以北斗芯片的二次開發作為重點北斗OEM板卡在特殊行業用戶中始終具有市場。

4、北斗芯片與最新的多媒體通訊技術、近場通訊技術相結合的專利申請開始出現，預示將來的北斗產品將更加重視消費類市場的需要，將向著導航+WiFi+藍牙+NFC+紅外線+FM等多功能芯片發展，開辟北斗芯片應用新領域。

［1］楊碧玲，借助“十二五”和北斗系統，本土導航芯片業迎來發展好時機［J］集成電路應用，2012(12)：36-38

［2］肖滬衛主編，［M］專利地圖方法與應用，2011(1)：435-438，上海交通大學出版社

注：本論文中，張揚所做貢獻與李軍相同，為共同第一作者。