北斗产业链上游专利申请技术分析

+ 李军 张扬 国家知识产权局专利局

北斗产业链上游专利申请技术分析

+ 李军 张扬 国家知识产权局专利局

北斗导航系统是我国具有自主知识产权的卫星定位系统，是全球四大卫星导航系统之一。目前，北斗导航产业正进入高速发展期，而以北斗芯片为核心的专利技术位于整个北斗产业链的龙头地位，是当前研发和将来市场争夺的热点。本文从专利申请分析的视角，以图表的方式，对北斗产业链上游从整体到各个分支的专利申请趋势、区域分布、重要申请人进行了统计分析和内容研究。

北斗 芯片 产业链 上游 专利 分析

表1 北斗产业链上游技术分支

1 北斗产业链上游概述

中国的北斗产业已进入新的发展阶段，与GPS/ GLONASS/Galileo并立为四大全球导航卫星系统。围绕北斗的产业链分为上游、中游和下游三个部分，其中北斗产业链上游处于整个北斗产业链的源头，是整个北斗产业发展壮大的核心动力，如表1所示，其分为北斗卫星导航芯片(以后简称北斗芯片)、北斗RFID/NFC芯片以及北斗OEM板卡三个技术分支。为了更好地推进北斗产业链的发展和壮大，迫切需要对北斗产业链上游的发展状况从专利申请的角度加以分析和研究。

北斗芯片包括北斗射频芯片和北斗基带数据处理芯片，其中北斗基带数据处理芯片是其中的核心组件。北斗基带数据处理芯片由基带硬件处理单元、SoC控制系统单元，数据处理及PVT解算单元组成。基带硬件处理单元包括捕获和跟踪两部分，捕获意味着找到一个确定的卫星信号(获取载波频率及扩频码相位信息)；跟踪主要是发现导航数据相位的变化，这两部分一般是由硬件实现。SoC控制系统单元负责控制基带芯片完成对卫星信号的捕获，后将捕获结果回送到跟踪模块实现实时跟踪，同时运行基带算法程序，将基带信号经过解调得到导航数据、将基带信号经过解调得导航数据，PVT解算等一系列的基带处理。北斗射频芯片负责将卫星接收机接收到的北斗卫星射频信号经过前置低噪放大器和下变频器后得到模拟中频，经过A/D转换得到数字化的中频信号送入北斗基带数据处理芯片。

目前北斗双模射频和基带芯片都已经实现国产化。在基带芯片方面代表产品有泰斗微电子的BD2/ GPS双模基带芯片TD1002A和TD1010、东方联星的OTrack-32BD/GPS/GLONASS多模兼容导航芯片、国腾电子的多模导航基带芯片GM4672、华力创通的HwaNavChip-1北斗/GPS多频精密导航基带芯片等等；在射频芯片方面，国内代表产品包括博纳雨田的RDSS收发芯片BN622X和BD/GPS双通道卫星导航射频芯片BN631R、广州润芯的北斗二代射频芯片RX1002、中电科技二十四所的BD/GPS/Galileo三模单通道卫星导航射频芯片XN235，以及西安华讯的二代射频芯片HX8212等等[1]。除了民用芯片外，还有若干公司提供军用的芯片。

图1 北斗产业链上游专利申请趋势图[2]

本文以专利申请的视角，分别从北斗专利申请趋势、区域分布和主要申请人三个方面对北斗产业链上游技术的专利申请整体状况进行统计和分析；本文还以技术分支的视角，首先针对上游的主要技术分支，即“北斗芯片”的申请特点进行了分析，同时也对另外两个分支，即北斗与最新多媒体通讯技术的融合以及北斗的特殊功能板卡专利的申请内容进行了研究。因为目前北斗系统的覆盖范围和用户仅限于国内，因此，我们主要针对CNABS数据进行检索和统计分析。检索使用的中文关键词为：芯片、模块、板卡、基带、射频、识别、RFID、NFC、近场通讯；检索使用的英文关键词为：beidou、compass、Chip、module、board、card、baseband、radio、frequency、identification、near、field、communication；检索使用的分类号为：分类号：G01S19/00、G01S5/00、G01S1/00、G01C21/00、H04B7/00、G01S 19/04、G01S 9/44。

2 北斗产业链上游专利申请技术分析

截至2015年1月底，在CNABS数据库中检索到涉及北斗产业链上游的专利申请达到192项。(2014年专利申请目前还没有完全公开，故不作为讨论对象)

2.1 专利申请趋势分析

图1清楚显示了北斗产业链上游专利申请三个明显不同的阶段。第一个阶段(2009年之前)：2009年之前北斗芯片的专利申请非常少见，年均申请量只有1件，这是因为我国在2000年才发射了北斗导航定位系统的两颗卫星，系统技术和基础落后国外30年，围绕北斗芯片的科研工作刚刚起步，还没有市场化条件和申请专利的意识。第二个阶段(2009-2010年)：2007国家为大力推进芯片模块终端产业化出台了《卫星应用产业发展若干意见》，该意见中明确要求“促进卫星导航产业规模化快速发展”、“开发重大示范应用工程”、“鼓励自主知识产权卫星导航接收芯片、关键元器件、电子地图、用户终端等产品的标准化和产业化”。为贯彻落实该意见，国家发改委于2008-2009年组织实施了卫星应用高技术产业化专项，专项支持发展基于北斗/ GPS/GLONASS/伽利略卫星导航系统兼容的模块化、小型化、低功耗技术及系统应用开发与产业化。同时，2007年4月14日，我国西昌发射基地用长征3号火箭成功发射了第一个北斗二号中轨卫星，2009年4月15日又发射了第二个北斗二号地球同步轨道卫星。借助于国家政策的大力支持、导航卫星数量和质量的提升，2009年-2010年间北斗产业链上游的专利申请量急剧增长，从2009年之前的年均1件剧增到2009年的19件，2010年专利申请量为32件。第三个阶段(2010-2013年)：经过了数量的井喷之后，北斗产业链上游产品进入质量比拼阶段，专利申请量呈现温和的上涨趋势，产品功能不断丰富和完善，由单一的导航功能向着多系统GNSS兼容互用、多手段集成、通信惯导NFC、多模化应用(例如定位导航测向授时)的方向发展。

图2 北斗产业链上游专利申请区域分布图

2.2 专利申请区域分布分析

图2显示了北斗产业链上游的专利申请在国内主要地区的区域分布情况。

北斗产业链上游的专利申请中，北京地区的专利申请量占到了全国专利申请量的46%，接近全国专利申请量的一半，证明了北京地区处于北斗产业链上游的龙头地位，这与北京高校资源丰富和易于得到国家政策支持是分不开的；广东省的专利申请量占到了全国专利申请量的36%，处于北斗产业链上游第二的位置，主要得益广东省对外开放以及市场化程度比较高，经济活跃度高，特别是具有泰斗微电子这一北斗导航界的领军企业；其余地区的专利申请量都不大，在个位数徘徊。这是由于北斗产业链上游产品，在研发、流片、测试的前期资金投入很大，进入产业化阶段后竞争比中下游产品更为残酷，经过几轮淘汰，北斗产业链上游专利申请的区域集中度表现得比中下游更为明显。

但是在检索中也发现有些具有研究实力的企业虽然在北斗芯片研究中推出了知名的产品，但是却没有或基本没有专利申请(可能是通过国防专利或技术秘密可以保护)。例如上海复控华龙微系统技术有限公司2008研制成功北斗卫星导航的核心芯片“领航”一号，是我国自主开发的完全国产化的首个卫星导航基带处理芯片，却没有一件北斗专利申请；西安华讯微电子有限公司继2010年研制成功兼容GPS和北斗二代的双通道射频芯片后，于2011年8月成功量产兼容GPS和北斗二代B1频点的双模导航定位基带芯片，但是该公司仅在2005年申请了一件北斗芯片专利申请。

图3显示了北斗产业链上游专利申请在全国地理区域上的分布状况。北斗产业链上游专利申请仅分布在技术实力和资金实力最为雄厚的省份或直辖市。例如北京、广东、陕西、江苏、湖北、安徽、重庆、浙江，这些省份的面积不到全国面积的五分之一。而其他省份由于技术和资金实力的差距，没有一件与北斗产业链上游有关的专利申请，即北斗产业链上游专利申请在全国来说呈现极强的不均衡性，高度集中在北京和广州这两个中心城市。

图3 北斗产业链上游专利申请地理分布

图4 北斗产业链上游专利重要申请人分析图

2.3 专利申请主要申请人分析

从图4中看出，东莞泰斗微电子在北斗产业链上游专利申请量排名遥遥领先，达到69件，这与该企业在北斗导航界的地位是相称的，作为我国近年来在政、产、学、研、用结合中涌现出的卫星导航企业，泰斗微电子立足自主研发，打造了一支专业的卫星导航核心技术研发团队，通过在核心算法、产品架构、芯片设计和系统应用等方面的多项创新，形成了定位快、精度高和应用方便的产品特点，目前泰斗微电子已在国内首家推出导航系列双系统基带芯片和多款的解决方案。

华力创通、北斗星通、和芯星通的专利申请量分别位于第二、第三和第四的位置，公司都位于北京且芯片研发能力雄厚，专利申请量分别为30件、19件和14件，其总和达到63件，接近东莞泰斗微电子的专利申请量。

排名第四位之后的企业专利申请量都比较少，并且多是以北京地区的企业或研究机构为主。值得一提的是：北京的企业还通过分公司的形式向外辐射，例如苍穹数码分为武汉和北京两个分公司，专利申请量方面北京公司比武汉公司多一些；合众思壮也分为西安和北京两个分公司，专利申请量方面西安公司比北京公司多一些。

故总体来看，北斗产业链上游专利重要专利申请人的特点是：中国南部以东莞泰斗微电子一家独大，而北部则以北京为核心且企业数量多研究能力较强，并以分公司的形式向中部拓展发展空间。

图5 北斗芯片专利申请趋势图

图6 北斗芯片专利申请区域分布图

图7 北斗芯片专利重要申请人分析图

3 重要技术分支专利申请分析

北斗产业链上游产品分为三个分支，即一个核心技术分支和两个延伸型技术分支。核心技术分支就是北斗芯片本身，延伸型技术分支中的一个表现为与RFID/ NFC等最新的多媒体通讯技术的结合，另一个是具有特殊功能的北斗OEM板的二次开发。以下内容分别针对这些技术分支的专利申请进行专利统计分析。

3.1 北斗芯片

3.1.1 技术趋势分析

图5显示了北斗芯片的专利申请总量自2005年以来随时间变化的整体趋势。

从上图中可以看出，北斗芯片专利申请的区域分布与北斗产业链上游产业的区域分布也是一致的。在北斗芯片的专利申请当中，北京和广东两地的申请量分别占到了全国专利申请量的48%和37%，几乎垄断了全国的北斗芯片申请。这是由于北斗芯片属于北斗产业链上游产品，是智力和资金密集型投资产业，经过不断的竞争和淘汰，呈现出强者更强，弱者更弱的局面，申请量越来越集中在北京和广东这两个全国经济技术最活跃的城市/省份。陕西省排名第三，其具有著名的西安华讯微电子有限公司，核心技术是卫星(GPS、伽利略、北斗)定位芯片组、OEM模块及其应用系统的开发、生产。目前，该公司被中国航天科工集团第一研究院(十大央企)收购，更名为西安航天华讯科技有限公司。陕西省内还具有中电科技第20所，又名西安导航技术研究所，该单位是我国无线电导航与卫星导航研发基地、数据通讯研发基地。陕西省内还有合众思壮西安分公司(合众思壮已建设了北京、上海、西安三大研发中心)，其技术涵盖GPS、GLONASS、北斗及多系统组合导航定位。可见，陕西省虽然北斗芯片专利申请量不多，但是在北斗芯片研发方面技术实力雄厚，推出了多款适合市场需求的产品。

从图7中看出，北斗芯片的专利重要申请人排名第一的依然是东莞泰斗微电子，专利申请量达到53件。华力创通、和芯星通和北斗星通分别以24件、14件和13件排名第二、三、四位，这三家企业总和为41件，还不到东莞泰斗微电子的一半。其他企业的专利申请量只是个位数字并且多数是北京企业。可见，北斗芯片专利重要申请人的特点依然是：东莞泰斗微电子一马当先，北京众多强势企业跟随其后，其他企业则处于边缘状态。

3.2 北斗RFID/NFC芯片

经过检索后发现，国内将北斗芯片与最新的多媒体通讯技术相融合的专利申请数量很少。目前仅有东莞泰斗微电子、武汉理工大学和东方联星三家企业/科研单位存在在这方面的专利申请，总共仅有六件专利申请。其中东莞泰斗微电子专利申请三件：2011年申请了两件，其中一件发明名称为“一种基于RFID的联合定位装置及方法”(CN102494683A)，发明目的是借助于射频识别无线网络，克服环境限制，提高定位精度，在任何情况下都可以得到和有良好卫星情况下一样的效果；另一件发明名称为“一种授时手表共享标准时方法(NFC方法)”(CN102520607A)，发明目的是通过在传统授时手表上增加一个NFC(近距离无线通讯)模块来实现授时手表之间共享标准时；另一件为2012年的专利申请，名称为“一种定位监控系统和方法” (CN103675879A)，其发明目的是通过采用GNSS和WiFi结合联合定位解决了连续定位的问题，特别是GNSS信号不好的地方，往往是WiFi信号丰富的地方，能够有效弥补GNSS定位的不足，并且WiFi还可以进行通信，解决了监控和报警产生流量大的问题。这反映出东莞泰斗微电子在探索北斗芯片与最新多媒体通讯技术结合以增强北斗产品功能方面具有强烈的开发意识。另外，武汉理工大学2014年申请了两件，一件发明名称为“一种基于RDSS和NFC的无人区景区的电子支付方法(NFC方法)”(CN104217323A)，发明目的是利用北斗短报文通信技术和NFC技术相结合解决了无网络覆盖区域的无人区景区的电子支付问题；另一件发明名称是“基于SVM的景区电子商务推送方法及系统”(CN104077706A)，其发明目的是通过将北斗的定位功能与旅游景区的电子商务相结合，能够为游客推荐更为合理的旅游服务信息。另外，东方联星2014年申请了一件专利，发明名称为“基于虚拟北斗卫星导航信号的室内定位系统和方法”，发明目的是立足于现有北斗卫星导航地面接收设备的硬件，通过安装在建筑物内部或外部的电文转发设备发射虚拟北斗卫星导航信号，利用现有的室内无线定位系统(发红外、超声波、蓝牙、WiFi、RFID等短距离无线技术)，为现有的北斗卫星导航地面接收设备提供高可靠性的室内定位服务。

图8 北斗RFID/NFC芯片专利重要申请人分析图

3.3 北斗OEM板卡模块

北斗OEM板卡模块方面的专利申请数量不少，总共有43件。

3.3.1 专利申请趋势分析

图9显示了北斗OEM板卡专利申请量自2005年以来随时间变化的趋势。北斗OEM板卡专利申请在2009年之前为0。为贯彻落实《关于促进卫星应用产业发展的若干意见》，加速推进卫星应用由试验应用型向业务服务型的转变，促进民用卫星应用产业发展，国家发展改革委于2008-2009年组织实施了卫星应用高技术产业化专项，之后，北斗OEM板卡类的专利申请量从2009年开始实现0的突破陡然上升，并且在2012年达到一个小高潮，数量达到11件，这一时期的申请内容主要为高精度定位和精确授时，之后专利申请量略有下降，在2013到2014期间又再次形成一个上升趋势，这一时期的专利申请以多频点多卡系统为主要特点。

图9 北斗OEM板卡专利申请趋势图

图10 北斗OEM板卡专利申请地域分布图

3.3.2 专利申请区域分布分析

图10为北斗OEM板卡专利申请按国内主要地区的分布图，从图表可以看出，北京在数量上名列第一，占有总量的51%，广东以30%的比例紧随其后，后面依次是陕西、江苏、武汉和安徽省。可见，在OEM板卡模块申请方面，仍旧是以北京、广东为中心。

3.3.3 重要申请人分析

我国北斗OEM板卡模块的重要申请人专利申请量如下图所示：

在OEM板卡专利申请量方面，东莞泰斗微电子在重要申请人中名列第一，反映了该公司对北斗芯片的二次开发能力非常雄厚，北斗星通和华力华通申请量排名第二和第三，这两者申请量之和不到东莞泰斗微电子的一半。OEM板卡专利申请量代表着企业对OEM板卡的二次开发能力，经过二次开发后的OEM板卡能够实现特殊的用作，例如水文监测、灾难救援、高精度定位和授时等等。

4 国外公司在中国的专利申请分析

检索结果中有一篇申请人为C S R技术股份有限公司的申请，地址美国加利福尼亚，申请号2012105192460，申请日为2012年12月6日，发明名称“向传统导航卫星接收器增加多系统功能”，该申请提出一种经济有效的多GNSS解决方案，其中基带控制器沿着用于传统GNSS信号的第一信号处理路径和用于非传统GNSS信号的第二信号处理路径，控制数字化数据的测量时间的同步，从而能够取得比传统多GNSS解决方案更优的导航性能。该技术方案所述的多GNSS系统包括中国的北斗导航卫星系统。可见，国外已经开始针对多GNSS技术方案在中国范围内开始布局了。

5 重点省份北斗产业链上游技术对比分析

图12显示了北斗产业链上游技术专利申请按技术分支的分布情况，总体来看北京、广东处于绝对领先的第一梯队，陕西、江苏和湖北处于第二梯队的位置、安徽、浙江和重庆处于第三梯队。第一梯队和第二、三梯队之间专利申请量差距相当大，体现出北斗产业链上游特有的强者更强，弱者更弱的发展规律。

图12还显示出北斗芯片是北斗产业链上游的重点和核心，专利申请内容呈现出追求“三高三低”即高集成、高抗性、高动态、低误码、低功耗、低成本的特点。北斗OEM板卡是北斗产业链上游的重要分支，对应着高精度(例如测绘、远洋)和授时用户(例如通信基站、电力)。而北斗芯片与RFID/NFC等新型通讯技术相结合是北斗走进民用消费类市场的必经之路，但是目前这个分支的专利申请数量很少。

图11 北斗OEM板卡专利重要申请人分析图

图12 重点省份北斗产业链上游技术分支分布图

6 小结

本节对北斗产业链上游专利申请分别从申请趋势、区域分布和主要申请人三个方面进行了分析。从专利申请趋势上看，呈现出三个不同的发展阶段，即2009年之前的缓慢发展阶段，2009-2010年间的爆发式发展阶段，2011至今的以提升产品质量、丰富产品功能为特征的平稳发展阶段。

目前所处阶段专利申请的内容呈现以下特点，这些特点也是几年后主流北斗芯片产品的主要特征：

1、高性能的北斗芯片仍旧是当前北斗产业链上游专利申请的热点，特别是具有多模兼容、单片化、低功耗特点的北斗芯片；

2、北斗芯片采用多种增强技术，例如惯导技术、WiFi技术来提升定位精度和扩大定位区域，显示对于导航/定位的精度要求永无止境；

2、多GNSS导航系统北斗板卡专利申请数量增加很快，说明兼容机特别是与GPS兼容的北斗板卡产品非常具有生命力；

3、具有授时功能和高精度定位北斗OEM板卡专利申请数量也比较多，说明以北斗芯片的二次开发作为重点北斗OEM板卡在特殊行业用户中始终具有市场。

4、北斗芯片与最新的多媒体通讯技术、近场通讯技术相结合的专利申请开始出现，预示将来的北斗产品将更加重视消费类市场的需要，将向着导航+WiFi+蓝牙+NFC+红外线+FM等多功能芯片发展，开辟北斗芯片应用新领域。

［1］杨碧玲，借助“十二五”和北斗系统，本土导航芯片业迎来发展好时机［J］集成电路应用，2012(12)：36-38

［2］肖沪卫主编，［M］专利地图方法与应用，2011(1)：435-438，上海交通大学出版社

注：本论文中，张扬所做贡献与李军相同，为共同第一作者。