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從標準必要專利看小型基地台之技術發展趨勢
李淑蓮╱北美智權報 編輯部
2015.12.02

「武林至尊,寶刀屠龍,號令天下,莫敢不從!倚天不出,誰與爭鋒?」屠龍刀、倚天劍,是足以號令天下的武林至尊,相信喜歡看武俠小說或是武俠劇的讀者都耳熟能詳。「標準」和「專利」,在通訊業界就像武林界的「倚天劍」和「屠龍刀」一樣,除了能箝制對手外,更可大大提升本身實力;如果刀劍合璧,變成「標準專利」,其技術的經濟效益更會被放大許多。不過,在武俠小說中,「倚天屠龍」是獨一無二的,但在現實的產業界,「標準專利」成千上萬,無所不在。所以業者不是本身擁有「標準專利」就好,還要持續觀察同業對手「標準專利」的成長狀況;如果本身並沒有標準專利,則更要密切注意。因為從「標準專利」成長狀況可以得知技術的發展趨勢,即使不能領先市場,也不能落後太多;就算要做跟隨者,也要成為快速的跟隨者。

經濟部智慧財產局 (TIPO) 就其「智財經營扎根計畫」,委託國家實驗研究院針對通訊領域專利作了很深入的研究,也就這些研究成果舉辦了系列研究會,將成果與業者分享,今年11月24~25日所舉行的「智財經營扎根計畫 - 通訊產業專利趨勢與專利訴訟分析研究」菁英論壇已經是第三年舉行。TIPO局長黃美花在菁英論壇開幕致詞時指出,「通訊市場是全球競爭相當激烈的領域,像大陸廠商會在國際市場上佈局的,一定是在通訊領域具規模的大廠,雖然台灣廠商在這部分參與比較少,但有在努力。智慧局透過這樣的專案,希望可以協助台灣廠商站在別人的肩膀上成長」。

今年研討會分2天舉行,共有8場專題演講,其中有2場跟通訊標準專利有關,本刊期率先介紹國家實驗研究院政策研究組研究員鄭凱仁所負責的「從專利解析看Small Cell小型基地台發展」。由於北美智權報在過去對標準必要專利 (Standard Essential Patent, SEP)的介紹要有很深的著墨,所以這邊就不贅言了 (註:有關SEP,請參考北美智權報第123期:權利金傾向以最小銷售單位為計價基礎晶片業者挫著等北美智權報第114期:全球通訊產業專利訴訟案件帶給台灣廠商的啟示)

從行動通訊市場發展趨勢談起

鄭凱仁一開始先從兩個方向來看無線通訊市場的發展:一個是市場趨勢,另一個部分就是標準規格的推動。

就市場趨勢的部分,他分別參考了Ericsson 及Cisco的報告,主要是因為這兩家公司在產品系統功能設定及市場區隔是不同的,就不同的資料來源來觀察市場趨勢,可以獲得不同面向的資訊。

即使是不同廠商的市場報告,得到的結論是一樣的:市場的趨勢是行動通訊用戶數持續增加。Ericsson預估在2020年會達92億用戶數,但這些用戶不是使用同一系統,而是於不同系統上享受服務 (註:分別有2G、3G、4G的用戶),也就是由不同業者的產品所組成的系統。鄭凱仁表示:「這個系統要不是非常強大,可以取代前2代、3代、4代的系統,就是可以融合前面幾個世代的系統。目前看起來,這個強大的系統還是以融合前幾個世代系統為主」。

如果以用戶端裝置來看,手機仍是主流設備,但鄭凱仁認為,從市場數據來看,手機部分已趨於飽和(請參見圖1)。另一方面,物聯網 (IoT) 也是市場主要趨勢,各種裝置之間的連接,在未來出貨量會持續增加,這種裝置背後所帶出來的就是行動數據。Ericsson的報告將行動數據分為Data與Voice的部分;Data是主要成長量所在,而Data的主要成分則是在Video,因此Video為行動數據成長主力。主要是因為電信廠不斷提供不同的影音服務給用戶,從而改變了用戶的使用習慣,經常使用行動通訊設備(系統)來電影及玩遊戲,而這也是video業務的主要來源。

鄭凱仁說:「這是一步一步的從市場面影響到技術面,技術面再影響到用戶習慣。出現一個循環去推動到下一世代技術出現。」

圖1. 全球LTE用戶端設備種類數量分佈圖                                                                      單位:款

資料來源:Global Mobile Suppliers Association, 2015年6月
(註:Global Mobile Suppliers Association的資料顯示,截至2015年6月為止,全球不同電信業者及廠商所提供的LTE智慧型手機共有2200款,占整體LTE用戶端設備58.7%,競爭之激烈可想而知。)

標準規格與小型基地台的選擇

另一方面,在通訊領域有許多不同的標準規格,鄭凱仁的報告選擇只集中在3GPP的規格上。他表示主要是因為其技術規格比較成熟,特別是3GPP、LTE是4G的主流,也因此有越來越多的通訊廠商願意加入會議,將自己的技術放在標準規格當中,主要是希望能提升自己技術的經濟效應。此外,鄭凱仁指出3GPP在定義標準規格時會產生一份技術報告(註:圖3顯示了歷年技術報告的累積數量),而這些技術報告是觀察技術趨勢的最好資料,因為這是規格制定前的參考資料,故在某種程度上可以從中窺見一些技術上的趨勢。

從圖2可見參加3GPP標準制定會議主要參與者之出席總人數從2005年以來,每年都有提升,直至2012年為止才略見下降。鄭凱仁指出,出席人數的多寡與標準規格的制定是有關聯性的,如2008年因新的Rel-8要出來,所以後續幾年參加討論的會員數也逐漸增加。

圖2. 3GPP標準制定會議主要參與者出席之總人數

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月

鄭凱仁指出3GPP的規格,每一個版本都有不同的討論重點,但基本上可以分為3個方向,分別是 (1) 頻譜使用、(2)訊號覆蓋、及(3)系統容量。此外,他認為針對小型基地台的標準專利來研究,會比較容易觀察到技術的發展趨勢。

圖3. 小型基地台在3GPP發展之歷年關注重點

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月

在執行智慧局的「智財經營扎根計畫」時,鄭凱仁看了很多5G的技術報告,發現小型基地台已經發展了好一段時間,其主要的角色定位應該是「輔助大型基地台的不足」。目前系統架設主要還是以大型基地台為主,但架設大型基地台所需要投入的人力、時間及金錢都是比較高的,反觀小型基地台在這些方面都比較靈活,因此可以補足大型基地台的不足 (如覆蓋率不足或是室內傳輸的部分)。鄭凱仁強調,5G最重要的是如何提升用戶的使用感受,大部分用戶使用手機是以室內為主,因此小型基地台可以快速貼近用戶需求。

圖4.小型基地台的適用領域

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月


國家實驗研究院政策研究組研究員鄭凱仁

鄭凱仁的報告引用了Gartner Magic Quadrant的資料,說明了全球小型基地台廠商在市場中4種不同的角色分布。從圖5可見,Gartner Magic Quadrant將小型基地台廠商分為挑戰者、觀望者、領先者及探索者4大類。

(1) 挑戰者製造商具技術優勢,具有持續發展的潛力:如Samsung最早提供電信營運商小型基地台裝置、發展新技術特色LAA and LWA;而ip.access則是提供了服務及軟體可以升級的小型基地台。 

(2) 觀望者製造商侷限於特定市場與技術研發:像Fujitsu以日本為主要市場,產品主要是室內用小型基地台,後來才逐漸拓展北美市場

(3) 領先者製造商研發快、產品多元:像Huawei 2012 (picocells, LampSite distributed radio systems )、 Alcatel 2000 (試煉LAA, LWA)、ZTE(企業版Qcell distributed radio solution)

(4) 探索者製造商跟隨市場脈絡,資源有限:像Airvana以美國市場為主,產品有OneCell, S1000、 Ruckus以美國市場為主,專注於採用Wi-Fi 技術的小型基地台。

圖5. 全球小型基地台廠商分布

資料來源:Gartner Magic Quadrant, 2015

研究方法

鄭凱仁的研究報告將搜尋範圍設定在美國專利局 (USPTO) 資料庫與「智財經營扎根計畫」所建置之資料庫 (ETSI標準專利將近8000篇),於2008年至2015年期間之公開專利。

在關鍵字篩選,分別有以下3組:

(1) 有關小型基地台之關鍵字:Femtocell、Picocell、Microcel、low power station、Small cell、HetNet、heterogeneous network。

(2) 3GPP的標準關鍵字:包含H(e)NB、H(e)NB GW、HeNBManagement System (HeMS)、3GPP標準編號如TS22.220、TS36.300。

(3) 小型基地台的關鍵技術:包含CSG、LIPA與SIPTO。

研究結果及分析

經過以上述3組小型基地台關鍵字進行專利搜尋後,並發現美國公開/公告專利共1497件(去家族後)。其有200件為標準必要專利數 (SEP),向ETSI提報約占32%專利,1297件專利在此稱為「標準關聯專利」(Non-SEP)。鄭凱仁解釋說,「標準關聯專利」指以標準相關關鍵字進行專利檢索所得,但沒有在ETSI中進行提報之專利。

研究發現,申請專利的高峰落於2009年至2010年,而專利技術大量釋出市場則是在2013至2015年期間。

圖6. 小型基地台相關之美國公開/公告專利數,(2008-2015)

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月

圖7. 前20專利權人分布

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月

從圖6發現,大部分廠商,特別是市場領先者早在6、7年前已經開始布局小型基地台,開始專利申請的動作。下表1是專利量前5名的公司(總專利數約占50%),可以看出其活動年期約為5-7年,一般專利從申請到送件,需要3-5年是蠻正常的,因此其專利年齡都很輕,只有1-2年。鄭凱仁指出Qualcomm技術最早出現於2005年,2008與2009年為主要申請專利時期,從專利數量即可見該公司的企圖心,希望能保有市場技術的優勢。至於Samsung則是兼具資源與技術優勢,主要布局時期為2009與2010年,但鄭凱仁認為Samsung屬市場的挑戰者,須提升產品多元性。

表1. 專利量排名前5名之公司

公司名稱

專利件數

活動年期

發明人數

平均專利年齡

占比

QUALCOMM INCORPORATED

250

7

277

2

21

SAMSUNG ELECTRONICS CO., LTD.

112

7

211

2

10

LG ELECTRONICS

75

5

117

1

6

NEC CORPORATION

73

5

66

1

6

NOKIA SOLUTIONS AND NETWORKS OY

73

5

86

1

6

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月

此外,鄭凱仁指出追隨者多屬亞洲公司,包含多家台灣公司在內,包括聯發科、鴻海、中磊、亞旭、宏碁、聯詠、智易等等,並中聯發科具專利佈局能量。

表2. 專利量排名前4名之台灣公司

公司名稱

專利件數

活動年期

發明人數

平均專利年齡

工研院

15

5

28

2

聯發科

10

5

16

2

鴻海

7

4

8

2

中磊

5

2

8

1

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月

200件標準必要專利之分析

在其中200篇向ETSI提報之標準必要專利中,專利權人共包含26位,依據標準必要專利比率多寡排序為Qualcomm (53)、Samsung (28)、 Ericsson (16)、Nokia (15)。

圖8.標準必要專利與標準關聯專利比例

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月

圖9.  專利量前十名公司與台灣公司之主要CPC分布

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月
註:CPC (合作專利分類, Cooperative Patent Classification)
(I) H04W36/00Hand-off Or Reselection Arrangements
(1)交遞程序的參數交換(H04W 36/0005):決定交遞參數(H04W 36/0083)、交遞參數建立(H04W 36/0088)、交遞參數的傳遞(H04W 36/0055);
(2) 啟動交遞參數(H04W 36/24):量測通道品質(H04W 36/30);核心網路交遞(H04W 36/04)。
(II) H04W 48/00Access restrictionNetwork selectionAccess point selection
(1) 限制用戶接取權限(H04W 48/02):用戶身分判斷(H04W 48/04);
(2) 偵測可接取用戶與可用網路(H04W 48/16);
(3) 廣播可用網路訊息(H04W 48/08)

圖10. 從專利數量看技術關注演進

資料來源:引用自鄭凱仁簡報資料,2015年11月
註:(1) Radio System Configuration:以SON技術為主要發展技術,容易架設與佈建。
(2) Networking Coupling:關於LTE架構與小型基地台間的耦合機制包含物理層與MAC層的協定;
(3) RF Interference:關於裝置操作在相同頻率或是不相同頻率間的干擾;
(4)User and Devices Credential:關於適用於異質網路用戶認證協定建立或優化。

結論與建議

此外,鄭凱仁的報告也進行了標準與專利技術的文意比對工作,來判斷廠商主動宣告的200篇屬於小型基地台標準技術專利之必要性分析;其主要比對方式為「以權利項揭露內容為主,並配合專利說明書進行標準規格文意比對。比對結果發現在200篇中,有近60%符合宣稱標準專利,占全部專利之20%。

針對小型基地台的技術發展趨勢,鄭凱仁的報告提出了以下的結論及建議:

(1) 頻譜、覆蓋及容量是通訊發展三大重要議題,因此小型基地台具增益分流、省電及成本3方面的優勢。

(2) 3GPP小型基地台之規格與專利技術已於2010年進入快速發展階段。

(3) 目前市場仍是以Wi-Fi為主要室內分流方案、小型基地台產品則以Rel8/Rel9規格技術為主。

(4) 本研究中標準必要專利 (SEP) 之必要性比對僅有六成符合宣稱標準專利,因此必須對SEP所代表的必要性存疑。

(5) ETSI提報以TS36.300與TS36.331為基本規格,為達到極密集網路環境,控制訊息交換與更新規格。

(6) 同時為滿足異質網路架構,提報技術後續需要關注規格TS36.104、TS36.321、TS36.304。

(7) 非受權/受權頻段共存/共用技術是提升頻譜效益與傳輸速率的解決方案之一。

(8) LTE與Wifi的整合依序發展是SC包含兩種系統、Links 聚合、LTE-U實現、到Carrier 聚合。

(9) 異質網路與極密集網路實現干擾技術為研發重點。

 

作者: 李淑蓮
現任: 北美智權報主編
學歷: 文化大學新聞研究所
經歷: 半導體科技雜誌(SST-Taiwan)總編輯
CompuTrade International總編輯
日本電波新聞 (Dempa Shinbun) 駐海外記者
日經亞洲電子雜誌 (台灣版) 編輯

 


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