大規(guī)模MIMO技術專利綜述

魯卉+吳晗

（國家知識產(chǎn)權局專利局專利審查協(xié)作湖北中心 湖北 武漢 430070）

摘 要：本文主要基于大規(guī)模MIMO技術的相關專利申請數(shù)據(jù)，對大規(guī)模MIMO技術在全球的專利分布情況進行分析，總結了大規(guī)模MIMO技術的專利申請趨勢，主要申請人分布，并得出COMP的各技術分支的熱點所在。

關鍵詞：5G 大規(guī)模MIMO 天線 陣列 多用戶

1.前言

隨著4G進入規(guī)模商用階段，5G研發(fā)也已拉開帷幕，在全球業(yè)界的共同努力下，5G愿景與關鍵能力需求已基本明確，總體目標是在2020年啟動商用。5G關鍵技術著眼于三個方面：利用大規(guī)模天線技術提升系統(tǒng)的頻譜效率；采用毫米波頻譜擴展系統(tǒng)的帶寬；部署多層密集網(wǎng)絡提升系統(tǒng)區(qū)域頻譜復用度。本文聚焦大規(guī)模天線技術的演進，從專利的角度進行統(tǒng)計和分析，并在此基礎給出后續(xù)的技術走向。

2.專利技術發(fā)展

2.1全球專利分析

通過對全球大規(guī)模MIMO技術的專利申請進行統(tǒng)計與分析，筆者整理出大規(guī)模MIMO技術的全球專利申請歷年分布、申請區(qū)域分布以及主要申請人分布情況。

從圖1中可以看出大規(guī)模MIMO在2010年才有專利申請，這與2010年Marzetta提出大規(guī)模天線通信技術的時期相吻合。大規(guī)模MIMO從2010年開始出現(xiàn)少量申請，從2013至2014年申請量開始增長，而且我們有理由相信，2015年之后這種增長趨勢將加大。大規(guī)模MIMO直接通過增加基站端的天線數(shù)就可以使得系統(tǒng)容量增加，而不需要縮小小區(qū)的規(guī)模，使對大規(guī)模MIMO技術的研究在5G中被重點關注，所以相應的專利申請趨勢也必然是爆發(fā)式上升。

圖2顯示了大規(guī)模MIMO在全球不同國家的專利申請量。中國、美國、韓國的申請量各占了37%、33%、12%，中國和美國占了申請量的半數(shù)以上。中國由于中興、華為等通信設備廠家的快速崛起，在該領域獲得較高的申請量，而美國擁有以高通為代表的公司，擁有強大的研究實力。擁有以通信業(yè)務為主的LG和三星公司的韓國其申請量排在第三位，其在4G至5G的發(fā)展也顯示較好的發(fā)展趨勢。

從圖3可看出，大規(guī)模MIMO領域還處于起步階段，國內(nèi)大學申請占了很大比例。由此可見，大規(guī)模MIMO的學術研究正在如火如荼的錦繡中，而企業(yè)中，則韓國的LG、三星處于領先位置，表明韓國對5G通信技術的研究處于蓬勃發(fā)展階段。

2.2面向5G的大規(guī)模MIMO專利申請演進

針對大規(guī)模MIMO的在信道估計、預編碼/波束成形、導頻等領域的申請情況進行分析，得到了其演進情況，具體如圖4所示：

大規(guī)模MIMO的概念在2010年被提出，2010年申請的專利CN101867402中還沒有提到massive MIMO的概念，文中分析了收發(fā)天線陣列各位32個單元天線的單用戶MIMO系統(tǒng)，研究了在該天線數(shù)量下，MIMO系統(tǒng)天線陣列的自適應優(yōu)化效率。這初步具有了大規(guī)模MIMO的思想。

2011年三星申請了US2013163457，大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中進行信道估計的方法，還申請了專利US2013163544，根據(jù)信道反饋信息進行預編碼。

2012年，企業(yè)申請居多，且存在2011年申請的同族申請，其中存在3D MIMO的研究，如CN103684657，是關于3D MIMO中預編碼的研究；同時還有預編碼及信道狀態(tài)信息確保系統(tǒng)的傳輸性能。

而從2013年開始，高校申請量增大，如CN103297111，清華大學的申請，研究大規(guī)模MIMO上行多用戶的信號檢測；東南大學的CN103298124，研究大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的導頻分配方法；同時企業(yè)也有部分申請，如美國博通公司的申請US2014307814，關于預編碼的研究。

2014年至2015年，申請量開始變大，大學申請側重于復雜算法的研究，如華中科技大學的申請CN104009947，公開了一種大規(guī)模MIMO TDD無線系統(tǒng)下的導頻信號發(fā)送和信道估計方法；企業(yè)申請注重于實際工業(yè)應用，如三星的申請US2015256244，公開了通過信道反饋信息進行碼本選擇的方法，即預編碼。

在各個分支領域高校與企業(yè)都有研究，但高校申請注重從技術角度出發(fā)，研究信道估計，預編碼/波束成形中的算法；而企業(yè)則更注重從工業(yè)角度考慮，研究天線陣列（如3D MIMO）、根據(jù)反饋信息實現(xiàn)系統(tǒng)傳輸?shù)挠行缘取?/p>

3技術演進及發(fā)展預測

在大規(guī)模MIMO中，信道估計、預編碼/波束成形仍將是研究重點，新的問題導頻污染產(chǎn)生，這也將是研究的重難點；而天線數(shù)量的增加，大的天線陣列的研究也會越來越多。

參考文獻

[1] IMT-2020， 5G概念白皮書，2015年12月

[2] IMT-2020， 5G無線技術架構白皮書，2015年5月

[3] 趙龍，大規(guī)模天線通信系統(tǒng)性能研究，博士研究生學位論文，2015年4月endprint