大规模天线专利技术综述马兴婕

大规模天线专利技术综述马兴婕

摘要：大规模天线（Massive MIMO）是5G中提高系统容量和频谱利用率的关键

技术，本文将针对该领域的重点技术分支申请量和重要申请人在各个重点技术中

的专利布局进行梳理，并对国内企业专利布局提出建议。

关键词：Massive MIMO；大规模天线；专利申请

1、概述

大规模天线（Massive MIMO）是5G中提高系统容量和频谱利用率的关键技术，最早由美国贝尔实验室研究人员提出。大规模MIMO 天线系统中，基站覆盖

范围内的多个用户可以在同一时频资源上与基站同时通信，既能充分利用大规模

天线配置带来的空间自由度，提高空间复用和多址能力，又能利用大规模天线带

来的分集增益和阵列增益，提高用户与基站通信的可靠性和功率效率。采用天线

块结构，将波束赋形阵列作为大规模MIMO 天线的天线块，在块间实现空间增益

和空间复用，利用块中阵列实现波束赋形，可使大规模MIMO 天线实现其所具有

的所有功能。

大规模天线技术在提升系统频谱效率方面具有独特优势，引起国内外研究人

员的广泛关注。随着5G技术的商业化进程，作为5G关键技术之一的大规模天线

技术受到越来越多科研院校和企业的关注。大规模天线（Massive MIMO）技术近

年来专利申请量直线上升，为了了解大规模天线技术的发展情况，本文将针对大

规模天线技术的重点技术分支以及重要申请人的专利布局进行梳理。

2、重要申请人全球专利布局

首先通过广泛阅读专利文献和相关文献，结合大规模天线的技术特点，筛选

出检索关键词进行检索，经过梳理，得到大规模天线技术申请人排序，如图1所示：

图1 全球大规模天线技术申请人排名

由图1可知，中、日、韩三国在该领域专利申请量较高，中国的华为、中兴，韩国的LG、三星以及日本的NTT、索尼公司均在大规模天线阵列领域有相当数量

的专利布局。此外，5G领域的知名企业爱立信和诺基亚在该技术领域也进行了一定数量的专利布局，但是数量低于LG、华为和三星公司。因此，本文将以中国的

华为，韩国的LG、三星，日本的NTT以及欧洲的爱立信、诺基亚六个公司作为重要申请人进行大规模天线的重点技术分支的专利申请分析。

3、重点技术分支申请分析

大规模天线技术自2010年提出后，经过10年的发展与演进，该技术已经日

渐成熟。为了更清楚的了解大规模天线技术的研究现状，以下将从专利角度对该

技术的重点技术分支进行分析。

3.1 重点技术分支申请趋势分析

经过分析，大规模天线技术有以下5个重点技术分支：信道估计技术、导频

技术、预编码技术、天线阵列技术以及波束成形技术。上述5个重点技术分支申

请趋势如图2所示：

图2 重点技术分支申请趋势图

由图2可以看出，上述5个重点技术从2013年起进入快速发展期，专利申请量在2016年达到峰值，随着大规模天线技术日益成熟，大规模天线技术重点技

术分支的专利申请量逐渐趋于稳定或有所下降。

3.2 重要申请人重点技术分支专利申请分析

根据图1的大规模天线技术领域申请量排名可以获知该领域的重要申请人，以

下对华为等6个重要申请人在5大主要技术分支的申请布局进行分析。

图3 重要申请人重点技术分支申请分布雷达图

由图3可知，在上述重点技术的技术分支，大规模天线技术的重要申请人均

进行了专利布局，但各公司的技术分支的研究侧重和专利申请量有明显区别。5

个技术分支中，上述重要申请人在信道估计技术和波束成形技术上研究和专利申

请较多，其余技术分支上，重要申请人的申请量参差不一。

LG公司侧重于预编码技术、天线阵列和波束成形技术，对于导频和信道估计

技术申请量较少。华为公司在5大技术分支上研究和申请量相较于其他公司来说

更为平衡，对每个技术分支都有相关研究并进行了一定数量的专利布局。三星公

司则侧重于信道估计和波束成形技术，对于导频技术专利申请量较少。NTT公司

也是侧重于信道估计和波束成形技术，其对于其他三个技术分支专利申请量均较少。爱立信和诺基亚作为5G设备商，其在大规模天线技术的重点技术分支上的

专利布局并不全面，均侧重于信道估计技术分支，在导频、预编码和天线阵列方

面并未有太多专利申请。

综上，对于大规模天线技术的5大重点技术分支的专利布局上，中国的华为

公司申请量以及申请分布更为平衡，专利布局更为全面，韩国的LG和三星以及

日本的NTT公司更侧重于对大规模天线技术的某几个重点技术分支进行专利布局，在这几个重点技术分支的布局上有一定优势，而欧洲的爱立信和诺基亚专利布局

并不是很均衡。

总结：

综合上述分析，中国、韩国、日本在大规模天线技术的专利布局上具有明显

优势。对于国内其他致力于5G大规模天线研究的企业，应当借鉴上述重要申请

人的经验，根据企业研究重点和专利保护需求，选择一个或多个重点技术分支在

核心技术方面进行专利布局或进行各技术分支均衡的专利布局，方可有效利用5G 商业化进程，为日后企业在大规模天线技术的研发和商用上获利。

参考文献

[1]尤力，高西奇，MIMO无线通信关键技术[J]，中兴通讯技术，2014.04，第20

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[2]GTI，GTI Massive MIMO White Paper V2.0，，2018.02.04

[3]IMT-2020（5G）推进组，大规模天线专题组技术报告，2015年