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By sorting out the existing data and comparing them with the literature on the formation mechanism of other technical standards, this study finds that the research direction of technology patents of enterprises does not come out of thin air, and patents and technologies cannot be separated from academic papers or theories. In the search for the standardization path, the research perspective should not only be placed on the patents and technologies at the front end of the technical standards, but should be moved one step further to the sources of technical research related to patents. Without relevant theoretical support, the research and breakthrough direction of technology will be a major obstacle for the development of standardization. Therefore, the basic theoretical research and preparation before the transformation of technology into patents cannot be ignored. This study starts from the research of a basic theory such as academic papers and goes deep into the theory which becomes a technical standard, as well as the coordinated development model of standards and patents. Furthermore it focuses on the layout of academic papers converted to patents, the law of standard development, and whether standards and patents have a dynamic mode of coordinated development.
Therefore, this paper first focuses on the source of ideas for the technical standard of Polar code, that is, the theoretical basis of Polar code, and then organizes and summarizes its technical distribution and geographical layout through the patent data of Polar code. The standard proposal data of Polar code is sorted by time, subject, content, and status, etc., and the advantages of Huawei's Polar code standard proposal and competitors are analyzed. Finally, the standards and patents of Polar code are compared in terms of time, quantity and technology. Polar code technical standard and patent have mutual promotion and cooperation. It is of great practical significance for the internationalization of Chinese enterprises' technical standards and the integration of international technical standards and patents to reveal Huawei's process of transforming theory into international technical standards from a microscopic perspective.
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技术标准是开发新产品[1]、建立技术壁垒[2]、引领市场竞争和制定竞争规则的关键[3]。伴随着技术多样性和复杂性的日益增加,技术标准对于经济的良好运转至关重要,它是一种必要的结构手段[4]。在国际市场范围内,技术标准不仅能够渗透到现代科技发展前沿[5],在国际经济技术合作和贸易中也不可或缺[6]。特定技术标准不仅能够降低产品生产成本,还能够实现规模经济效应[4]。当今技术标准国际化发展趋势表明,技术标准作为国际贸易壁垒的现象明显增多,制定国家技术标准战略的国家越来越多[6]。
然而,国内外学者对技术标准产生机制尚未形成共识。现有研究围绕技术标准形成机制、模式及与知识产权的关系,形成“技术专利化—专利标准化[7]—标准产业化[8]”链条式标准演化路径[9]。然而,现有理论框架不足以解释随技术迭代而演变的标准形成机制。国际标准内在形成机制复杂多变,标准形成过程各不相同,尤其是针对中国步入国际标准制定者行列的研究较为鲜见。目前,技术标准形成机制研究主要体现在组织和流程层面,如技术标准制定者组织形式(高京等,2020)、技术标准线性和循环流程[10]等,缺乏从微观视角深入探索技术标准形成机制的研究。因此,本文基于“技术专利化—专利标准化—标准产业化”研究框架,以华为为案例,从微观视角深入分析Polar码,将研究问题定位于理论转化为专利的布局过程、专利转化为标准的内在规律以及转化过程中标准与专利间的关系,深入阐述Polar码由理论转化为国际技术标准的形成机制。
伴随着市场的动态变化以及标准之间的激烈竞争,技术标准形成机制也随之发生改变。目前,技术标准形成机制主要包括政府主导机制、市场机制和战略联盟机制3种形式。
(1)政府主导机制。由国家标准局制定并强制执行,过程公开、透明,以公众利益为基础设立,形成政府主导的法定标准。因此,在技术标准制定过程中可以迅速获得各方支持,抢先获得更大的市场份额[11]。由于技术标准方向由政府制定,并促成一个或多个并存的技术标准,所以政府引导十分重要,在一定程度上可以改变竞争方向,形成各方的良性竞争(徐明华等,2007)。然而,这种技术标准形成机制难以适应技术的快速变化,可能导致技术延误和成本增加[8]。
(2)市场机制。通过市场竞争形成事实标准,通常由在行业中占据主导地位的企业制定。企业围绕产品进行充分的技术、价格等多标准竞争,掌握技术和市场的快速变化,以更好地适应这种动态变化[10]。遵循市场自身运作机制,可以维持高标准技术创新支出,相比于政府主导机制,市场机制更能够筛选出最符合市场预期的技术创新成果,从而使用户福利最优化、社会福利最大化。然而,由于存在多种技术标准并行的可能性,企业间过度竞争也会造成一定的资源浪费[12]。
(3)战略联盟机制。由民间企业通过协商、谈判等形式设定,经官方标准化组织确认后转化为法定标准,是当代企业参与标准竞争较为普遍的一种形式。为在标准竞争中占据垄断地位,行业中处于领先地位的企业会围绕核心技术建立联盟,共同确立标准[8]。这种形式不仅可以分担企业风险,还能够解决技术交易带来的高成本问题[12],并且有效化解专利私有与标准公利之间的矛盾[13]。经此机制形成的标准可通过国际标准化组织成为全世界的行业标准,因此具有较强的市场竞争力[14]。
为适应和促进技术创新,标准化模式越来越多元化。从标准化参与主体和标准化竞争技术出发,国内外学者对技术标准化模式进行了积极探索。
(1)技术标准化主体主要包括政府、企业、科研院所、行业协会、联盟组织等,它们在技术标准化过程中扮演着不同角色,发挥着各自的作用。以标准形成的市场化程度和行政程序化程度为维度进行划分,Choh[15]提出政府模式、共同体模式、专业协会模式、联盟模式和市场模式。当政府参与标准化且干预程度不同时,技术标准化模式分为市场竞争标准化模式、政府间接式标准化模式和政府直接干预型标准化模式。对于通讯、数字化信息等重点行业和产业领域,应由政府把握技术研发和标准产业化两个关键过程,由政府推动相关技术标准制定。这种机制下的技术标准化模式主要包括政府主导模式和产业联盟模式。实践表明,政府间接干预标准化进程是目前较为有效的运作模式[16]。
(2)技术标准中的技术是指有较好兼容性、一定突破性和创新性的专利技术。技术标准的形成需要必要专利技术的支撑以及占据市场足够份额的技术。郭明军等(2012)以时间和自主技术研发模式为维度,将企业标准化模式看作一个有机生态系统,构建“承接—联创”“研发—自创”“前瞻—预创”“研发—联创”模式,在提升企业自主研发能力的同时应尽量规避风险;蒋明琳等(2016)在研究政府协助标准化形成和扩大标准市场份额的前提下,以技术水平和市场化程度为维度,提出政府培育、支持、主导、扶持4种模式;张俊艳等(2018)从标准必要专利视角出发,指出“标准融入式”“标准创造式”模式更有益于实现技术赶超。因此,以技术为维度构建模型形成诸多技术标准化模式,不仅有利于企业实现技术标准制定,更有利于促进相关领域发展。
企业围绕技术标准知识产权实施技术标准战略,是一种使企业获得有利竞争地位的总体谋划(张俊艳等,2018)。知识产权的获得对于技术标准化竞争至关重要[7]。国内外学者以专利为分析对象,对技术标准与知识产权之间的关系进行了一系列研究。
知识产权具有专有性,包括专利权、著作权、商标权等,是技术标准化的重要来源。技术标准通过一定方式对知识产权进行转化,从而实现在特定领域的推广与应用。两者相结合,被广泛运用于国际竞争与合作[10]。在技术标准化形成过程中,各企业以自身拥有的专利进行技术标准竞争,竞争者若要赢得标准,较高强度的专利组合是其必备资产[17]。专利技术与技术标准日益融合是标准化领域的一个重要趋势[16],企业通过在自身核心技术领域申请专利成为企业进入标准竞争市场的重要途径(张俊艳等,2018)。在我国,专利申请与标准形成之间存在积极影响关系,尤其在ICT领域,专利、标准及其组合尤为重要[9]。因此,专利技术对于技术标准必不可少。
国际标准形成过程复杂多样,学者对技术标准的关注度较高。技术标准是专利的最高体现形式,标准实施过程中必须使用的专利,即为标准必要专利(SEP)[18]。为防止SEP所有者滥用垄断权,标准制定组织(SSO)对SEP许可费作出规定,要求SEP所有者遵守FRAND(fair, reasonable, and nondiscriminatory)原则或RF(royalty-free)原则。前者无明确界定,因此定价空间有较大自由[19];后者要求专利所有者免费提供SEP许可,虽然减少了专利权人收益,却有助于标准推广(杜玉申等,2021)。SSO会通过要求成员披露SEP信息、承诺按照FRAND或RF原则许可专利使用权等政策组合方式,平衡专利权人和标准使用者权益(吴菲菲等,2018)。
因此,需要重点关注技术标准形成过程中的专利技术。当前,以理论向技术标准转化为主线,从中国ICT领域出发,选取某一代表性企业为案例,从微观视角探索其形成机制的研究较少,尤其针对专利和技术标准转化尚未有理论给予充分解释。专利布局和标准形成机制具有多样性,其布局方式和形成过程并非千篇一律,不同行业、经济环境背景下,专利布局策略和标准形成规律有所不同,标准和专利联动以及发展模式因企业而异。因此,有必要将分析视角前移至专利和技术标准形成前阶段,深入拓展单一理论专利研究框架,从微观视角出发解构企业国际标准化路径。
国际技术标准形成是一个复杂、漫长的过程。少数学者采用个案研究方法探讨管理实践中的新问题,深入剖析产业技术标准化战略、标准与专利协同转化模式等,如Motorola技术标准化专利战略研究[20]、3G标准与专利协同转化联盟战略研究(谭劲松等,2008)以及英国水电工程技术标准国际化模式案例研究[21]。案例研究不仅有助于了解标准形成过程,展示研究过程的整体性,还可以通过数据直观透视企业如何将理论转化为国际技术标准这一事实。
过去10年,中国移动通信产业实现从4G同步到5G引领的历史性跨越。中国通信产业的快速发展引起很多国家的广泛关注。本文以2016年华为拿下5G NR eMBB控制信道编码短码标准制定权作为案例分析对象,主要是基于以下考虑:①代表性原则。华为从技术落后到发展壮大,再到如今成为通信业全球标准制定者之一,体现其作为案例研究的重要意义;②理论意义。华为在迈向行业标准化过程中,技术专利布局、标准提案以及两者协同格外重要。
本文数据收集主要包括:①利用德温特专利索引数据库HUAW-C中的专利权人名称和代码以及polar code主题检索策略,获取华为2011—2019年Polar码专利申请数据,如申请数量、授权时间、专利摘要、权利地域、优先权等信息,经过对专利技术、地域的分类与整理,了解Polar码相关专利布局过程;②2007—2020年,获取3GPP RAN1(第三代合作项目:无线接入网络物理层)标准会议提案数据及华为公司年报,将标准发展与华为里程碑事件相结合,了解华为开展Polar码相关研究的总体战略部署,为进一步分析标准与专利关系作出铺垫;③提取2016—2020年标准会议提案内容,即3GPP RAN1#85—#104e的十二次标准会议,对相关标准提案主题、内容、数量、状态等进行整理和分析,并与主要竞争对手(爱立信和高通)优势进行对比,深入了解和探索华为技术标准形成规律。
利用Google Scholar对“Polar codes”进行检索,将时间范围限定为2011—2019年,在IEEE通信类期刊中共筛选出152篇文献。分别剔除Polar码应用类文献4篇、介绍类文献2篇,其余146篇文献研究中的Polar码技术主要包括4类:信息位选取、级联结构、速率匹配和信道交织,文献篇数分别为40篇、25篇、19篇和62篇。此外,Hui等[22]、吴湛击等[23]、Bae等[24]主要围绕码构建、 信息位选取、级联结构、速率匹配、信道交织、译码等主题对Polar码专利技术进行研究。基于以上分析,本文从信息位选取、级联结构、速率匹配和信道交织4类技术出发,对华为Polar码专利数据数量、申请时间和地域分布进行对比分析。
本文通过对已有数据和文献进行梳理发现,学术论文、专利和标准三者并非相互独立,其在发展过程中紧密相连。专利和技术离不开学术论文或理论支撑,专利向标准转化固然重要,但在研究标准化路径时不能只追溯前端专利和技术,应再前移至与专利相关的技术来源,若无理论支撑,技术研究和突破方向将是标准化发展的一大掣肘,因此不能忽略技术向专利转化前的理论研究。而且,对于某一项技术市场化路径而言,存在“理论成果专利化—专利标准化—标准垄断化”市场演化路径。以往研究从学术论文角度针对专利与技术标准协同发展模式的探讨较少。基于此,本文重点探究学术论文向专利转化后的专利布局、标准发展规律以及标准与专利是否具有协同发展动态模式。
3.1.1 Polar码理论
1948年,现代信息论奠基人Claude Elwood Shannon[25]提出著名的香农定理,香农三大定理中的第二个定理又称为有噪信道编码定理,是Polar码的理论基础。香农虽然未给出相应编码方法,却提供了一个用以衡量实际通信系统性能的标准——香农限。从2G时代到4G时代,编码方法不断被调制,每一次都在逼近香农限,但从未达到。2006年,通信技术专家Erdal Arikan提供了一个通用框架,即通过信道极化(信道合并和分裂)的方法无限逼近香农限,这便是Polar码的思想基础。次年,Arikan详细阐述了信道极化,并给出世界上唯一一个能够被严格证明达到香农限的信道编码方法,即Polar码[26]。
理论研究产出技术往往都是公开发表的论文(徐晓丹等,2020)。国内ICT产业技术主要来源于高校共享、科技论文及创新知识(高霞等,2016),且连接理论知识的主要途径便是专利引文[27]。因此,科学论文是专利和技术发展的基础,专利是将抽象理论变成产品的重要手段,技术是对科学论文的创新、优化和迭代。Polar码提出后的次年,华为识别出Polar码有作为优秀信道编码技术的潜力,于是便与Arikan展开双向合作。Arikan向华为共享理论知识,华为向Arikan提供资金支持、技术反馈和场景测试。面对此前完全陌生的Polar码,华为逆势前进,开展基础技术研发,维持其原有优越性并不断改进,以满足5G NR通信系统性能需求。
3.1.2 Polar码技术专利化过程
(1)专利技术分布。对Polar码专利数据进行分类和整理发现,华为将理论工程化,Polar码技术研究以信息位选取、级联结构、速率匹配、信道交织4类核心技术循序渐进,利用编译码和解码不断优化Polar码技术,并辅之以优化效果的方法和装置。图1为华为Polar码专利技术迭代优化过程,直观展现华为Polar码专利研究内容。针对5G NR eMBB场景控制信道编码标准,这些专利组成一套完整的技术方案,是一个侧重于Polar码结构的改进变化和制造方法步骤的过程。
图1 Polar码技术迭代优化
Fig.1 Iterative optimization of Polar code technology
信息位选取技术是指在编码过程中选出可靠性最强的技术作为信息信道,该技术专利申请始于2011年,分布于2011年、2013年、2017年和2018年。级联结构技术是指在有限码长中提升Polar码性能,该技术专利申请始于2012年,分布于2012年、2016年、2017年和2018年。速率匹配技术与编码方式强相关,根据信道编码后不同码流长度,经不同处理使得码流长度与实际传输能力相匹配。该技术专利申请始于2013年,分布于2013年、2014年、2015年、2016年、2017年和2018年。信道交织技术是指通过变换序列位置,使误码离散化,从而改善整个数据序列的传输质量。该技术专利申请始于2017年,分布于2017年和2018年。编译码、解码技术与辅助设备、方法和装置贯穿于2011—2019年。
除2011年以外,华为2012—2019年每年均有新合成的Polar码,即逐步向理论Polar码迈进,不断逼近香农限;另外,除新合成的Polar码外,华为2011—2013年每年都会出现一项新技术突破和新专利申请,编译码、解码方式也随之更新迭代。直到2017年才有新专利申请,2011—2017年华为一直在对以往技术进行优化和更新迭代。
(2)专利地域分布。华为共申请233项Polar码相关专利,其中一部分专利通过《国际专利条约》(简称“PCT”)国际专利申请系统进行申请,随后在一些国家申请专利保护,另一部分专利仅通过PCT国际专利申请系统进行申请且未在其它国家申请专利保护。表1展示了华为Polar码专利地区、年份分布,本文根据专利是否在其它国家申请专利保护,将其划分为两大类,仅展示优先权国家专利数量和地区分布数据。第一纵列表示专利使用优先权国家,第二纵列“CN”“US”“IN”“EP”“CA”“KR”分别表示未进行国际申请仅在各国申请专利保护的专利局简写。由表1可知:①2011—2017年,华为专利申请数量总体呈上升趋势,2017年专利申请数量为109项,达到峰值,2018年、2019年申请数量逐步下降;②按专利申请数量排序,依次为中国(CN)、美国(US)、印度(IN)、欧洲(EP)、加拿大(CA)及韩国(KR),华为在PCT国际专利申请系统中申请的专利分别为138项、28项、7项、3项、2项和1项,未在PCT国际专利申请系统申请的专利分别为33项、7项、0项、1项、0项、0项;③2011—2019年,华为在不同国家或地区申请专利保护。2011—2017年,在中国申请的专利数量呈波动上升趋势并于2017年达到峰值;2016年,在美国申请的专利数量达到峰值;2015年、2016年、2017年在印度申请专利数量分别为1项、3项、3项;2014年、2016年、2017年在欧洲申请的专利数量分别为1项、1项、2项;2014年在加拿大申请的专利数量为2项;2016年在韩国申请的专利数量为1项。
本文将华为Polar码专利数据划分为两大类:一类是通过PCT国际专利申请系统申请并在其它国家申请保护的专利,一类是仅通过PCT国际专利申请系统申请但未在其它国家申请保护的专利。如表2所示。由表2可知:①通过PCT国际专利申请系统申请的专利共有192项,其中有179项分别在其它国家申请专利保护,其余13项未在其它国家申请专利保护;②通过PCT国际专利申请系统申请但未在其它国家申请保护的专利分布于2015—2018年,数量分别为2项、4项、1项、6项;③通过PCT国际专利申请系统申请并在其它国家申请保护的专利分布于2011—2018年。2011—2017年,专利申请数量呈波动上升趋势,2017年达到峰值,专利申请数量为83项。
表1 华为2011-2019年Polar码专利地区与年份分布
Table 1 Region and year distribution of Huawei's Polar code patents from 2011-2019
国家201120122013201420152016201720182019总数中国PCT 1 5 13 7 10157116 0138 CN 0 1 1 0 01244 2 33美国PCT 0 0 0 0 115 8 4 0 28 US 0 0 0 0 2 4 0 1 0 7印度PCT 0 0 0 0 1 3 3 0 0 7 IN 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0欧洲PCT 0 0 0 1 0 1 1 0 0 3 EP 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1加拿大PCT 0 0 0 2 0 0 0 0 0 2 CA 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0韩国PCT 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 KR 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 总数 1 6 14 10 14 40 108 25 2 220
注:资料来源于德温特专利数据库,笔者整理,下同
表2 Polar码专利国际申请
Table 2 Patents international application of Polar code
PCT申请201120122013201420152016201720182019 总数WIPO+其它国家专利局 1 513101235 83 20 0 179WIPO 0 0 0 024 1 6 0 13总数 1 513101439 84 26 0 192
华为专利申请具有以下特征:①通过图1时间链和技术组合方式,形成满足未来场景需求的技术包围网;②通过4类核心专利与外围专利(设备、方法和装置)组合方式,使核心技术不断优化,形成可达香农限的Polar码技术;③通过解决硬件实施问题并对其性能加以优化,使技术标准占据重要地位,并将其应用于5G eMBB场景,体现了创造性和实用性;④通过地域自内向外的专利布局方式,使技术扎根国内,再向外逐步扩散,有效形成专利防御。
3.2.1 专利标准提案
专利向标准转化是企业站稳脚跟的必要途径,也是促进行业发展的必然路径。然而,标准的高复杂性导致单个企业难以拥有行业技术标准所需的核心技术专利。华为5G标准提案包括华为与其它企业合作申请专利和华为独立申请专利,如表3所示。在5G产业周期内,华为合作提案占比从2015年的83.70%下降至2020年的64.66%,华为独立提案占比从2015年的16.30%逐步上升到2020年的35.34%。从中可见,华为合作提案行为逐步减少,独立提案行为日益增多。华为5G标准提案经历了先合作再独立的演化过程。选择合作是由于彼时华为未完全掌握核心技术,需要依靠合作创新降低研发风险,通过在合作过程中吸收不同企业的先进技术知识,为自主创新创造更多价值。选择独立申请行为是由于随着技术的不断进步,华为技术吸收率不断提高,仅获取技术已经不能满足其发展需求,为在行业中占据主导地位,需要放弃部分合作行为,增加独立开发比重,赢得可持续竞争优势。
表3 华为5G标准提案方式分布
Table 3 Distribution of Huawei 5G standard proposals
年份每年提案总数独立申请数量独立申请占比(%)合作申请数量合作申请占比(%)2015(5G初期) 227 37 16.30 190 83.702016(5G初期) 372 48 12.90 324 87.102017(5G初期) 364 67 18.41 297 81.592018(5G中期) 404 95 23.51 309 76.492019(5G中期) 439 115 26.20 324 73.802020(5G中期) 116 41 35.34 75 64.66
注:资料来源于3GPP官网,由笔者整理
根据3GPP RAN1会议提案以及2007—2020年华为公司年报,本文绘制华为公司成长发展与3GPP技术标准发展对比图,如图2所示。从中可见,2006—2012年华为不断发起修订、改进、更正等请求提案,同时积极模仿同行企业的成熟技术,从中找出技术突破口。2012—2016年,华为紧跟标准发展,根据标准规定的性能指标进行方法调节和系统策划,在3GPPRAN1会议上发起与自己研究方向相一致的提案,并对其它公司提出的提案进行更正、修改,同时进一步提升自身技术研究方向和专利申请,两者同步进展。2016—2020年,在3GPPRAN1会议上多次发起标准提案。即使标准已经发布,但华为依旧对标准提案进行再完善、更正和修订。技术标准兼容性特征要求其在更多产业链主体内实施。从技术标准研发到提案,华为从早期对同行的模仿、研究和学习,到与知名厂商如爱立信、英特尔、诺基亚、高通、三星等组建产业化同盟、共同定义5G标准,再到成立产品线,华为一边通过2012实验室进行产品研发、制造和验证等工作,一边参与5G标准制定并与其他参与者共同推进技术标准商业化运用,到最后测试推广使之产业化,华为与国内运营商合作在城市铺开5G实验网,同时携手沃达丰开展跨国测试。华为以自身研究的技术引导标准进一步发展,促进自身持有专利向标准不断转化。
基于自身专利布局和3GPP RAN1标准要求,华为对Polar码专利进行持续研究,并发起Polar码标准提案。2016年11月14日至18日,美国内华达州里诺召开的3GPP RAN1#87会议,华为凭借Polar码方案在与LDPC码和Turbo码方案竞争中胜出,成为5G控制信道eMBB场景编码的最终方案。
图2 华为公司成长发展与3GPP技术标准发展对比
Fig.2 Development comparison of Huawei and 3GPP technology standards
3.2.2 技术标准的形成
在3GPP RAN1 #85、#86等12次标准会议中,爱立信、华为和高通发起的提案数量位居前三,如表4所示。由表4可知:①爱立信、华为和高通发起的提案数量分别为63项、55项和44项;②2016—2020年,华为在2016年、2017年、2018年和2020年均发起标准提案,爱立信仅在前3年发起提案,高通仅在前两年发起提案;③3GPP确定5G NR eMBB控制信道编码标准方案后,3家企业的Polar码提案发起数量均在次年(2017年)达到峰值。
对华为发起的55项Polar码标准提案进行整理,提取主题、内容和时间,绘制Polar码标准提案主题—内容,如图3所示。图3中,首行为Polar码提案主题,共九类,按每一类主题首个提案内容的提案时间依次排序,分别为信道编码、极化码设计、代码构建、速率匹配、序列设计、代码构建遗留问题、其它、物理广播信道和上行链路循环冗余校验。首列为标准提案年份。按照提案时间对每一类提案主题的提案内容依次排序,并对重复项进行筛选,结果发现:①在Polar码标准提案主题中,信道编码和物理广播信道、代码构建、速率匹配、序列设计4类主题技术与4类专利核心技术一一对应;②2016年、2018年、2020年只有一类标准主题有提案内容;③2017年提案内容最多,分布于除信道编码以外的各个主题。
表4 2016-2020年华为Polar码提案数量
Table 4 Quantities of Polar code proposals from 2016 to 2020
企业 2016年 2017 2018 2019 2020 爱立信 6 55 2 0 0 华为 17 36 1 0 1 高通 5 39 0 0 0
注:资料来源于3GPP RAN1标准会议,笔者整理,下同
图3 Polar码标准提案主题—内容展示
Fig.3 Theme-content display of Polar code standard proposals
Polar码始于应用场景对技术的需求,终于市场用户对技术的反馈。基于场景需求及市场反馈提出新研究方向、制定研发方案,并对方案进行评估以确保方案能够顺利实施。核心技术研发方案构建完成后,对研发成果进行增益测试、技术校正、多场景检测、结果研讨等,以保证技术与不断变化的市场相适应。源源不断的市场需求拉动产业技术迭代创新。Polar码始于市场反馈终于场景需求,从雏形到成型,Polar码从理论层面到市场层面经历了不断叠加的技术创新升级,期间不乏反复且大量评估、研发、测试、反馈及改进,甚至推倒重来,各环节循环往复,从而推动标准进步,获得用户认可,快速占领市场份额,引领技术标准走向国际。
华为Polar码标准项目提案共涉及5种状态,分别为:noted(不可取,表示目前尚未提交而是作为资料);available(可获得)、revised(改订,表示修改为同一CR的新修订版)、agreed(同意,表示无持续反对将其转交TSG(技术规范组)供批准)以及not treated(未接受)。本文通过对华为发起的55项标准提案数量进行汇总(见图4),发现其具有以下特征:①提案主题为“信道编码”的提案数量最多,为17项,各类标准提案主题包含的提案内容各有不同,其中noted共24项,available共17项,revised共11项,agreed共2项,not treated共1项;②标准提案内容被批准且最终输出的技术规范集中于#85、#86、#87、#88、#88Bis、#90、#90Bis和#92会议,其中#87、#90会议较多,分别为6项、11项,分布于2016年和2017年;③提案主题为“上行链路循环冗余校验”的提案内容未被批准,其余每一类提案主题均有被批准的提案内容,其中信道编码包含的提案内容被批准项目最多,为11项。
华为、爱立信和高通发起的合作提案时间均集中于2017年。本文对3家企业发起的合作提案进行整理,归纳标准提案主题、内容、提案内容状态、提案日期等,并将数据简化,进一步展示合作企业名称和标准提案状态,表现为“合作与否”“批准”“未批准”3种状态,如表5所示。由表5可知:①在3家企业合作发起的标准提案中,提案主题和提案内容各有不同,但只有华为发起的标准提案被批准,爱立信和高通发起的标准提案无论合作与否,均未被批准;②在华为合作发起的4项标准提案中,其中有3项发起独立提案,这3项标准提案发起时间跨度较短,且无论合作与否,最后状态均为被批准;③高通无论合作与否,未对同一提案内容发起重复提案,爱立信在不同主题下发起同一项提案内容,先合作再独立,但均未被批准。
华为Polar码技术标准提案具有如下特征:第一,华为全程参与项目内容,以核心技术研发为主,以其它技术研究为辅,确保知悉竞手动态及市场动向,把握技术标准发展方向。第二,数量即使未绝对领先,但被批准的数量也占有一定优势,确保不落后或者与竞争对手保持同步发展,为将来占领市场份额打下基础。第三,合作与独立研发两不误,与竞争对手保持战略友好合作关系,同时完善、加强自身技术研发,确保技术研发更全面,以更好地适应市场及消费者需求,避免恶性竞争。结合专利数据,华为发起的Polar码技术标准提案在数量方面对Polar码专利进行深化和凝练,以未来市场需求为主导进行基础研究并加以创新;在技术方面对Polar码专利进行深究和延续,从而实现关键技术增益和重要领域突破;在内容方面对Polar码专利进行深省和提升,将偏差信号反复反馈至前端以达到最优效果。
图4 Polar码标准提案状态
Fig.4 State of polar code standard proposal
表5 华为、爱立信、高通合作提案比较
Table 5 Comparison of cooperation proposals among Huawei, Ericsson and Qualcomm
提案主题 提案内容 企业 合作与否 状态 提案日期Polar码设计 WF极坐标设计 华为 是 批准 2017.03.29 WF极坐标设计 否 批准 2017.04.01代码构建 WF极坐标设计 华为 是 未批准 2017.05.09 WF关于Polar码构建 高通 是 未批准 2017.05.09 WF关于UL Polar码的代码构建 爱立信 是 未批准 2017.10.05CRC附件 WF关于UL Polar码的代码构建 爱立信 否 未批准 2017.07.28其它 TR36.873中交叉极化功率比校正 华为 否 批准 2017.07.25 TR36.873中交叉极化功率比校正 华为 是 批准 2017.07.28 TR36.873中交叉极化功率比校正 华为 是 批准 2017.07.28其它 TR38.901中交叉极化功率比校正 华为 否 批准 2017.07.25 TR38.901中交叉极化功率比校正 华为 是 批准 2017.07.28 TR38.901中交叉极化功率比校正 华为 是 批准 2017.07.28序列设计 Polar码有序序列上的WF 华为 是 未批准 2017.07.28 Polar码序列观测的WF 爱立信 是 未批准 2017.10.05速率匹配 关于Polar码重复位选择的WF 高通 是 未批准 2017.10.05PBCH WF关于NR PBCH的Polar码构建 爱立信 是 未批准 2017.10.11
本文从时间、布局和规律3个层面对Polar码专利主要技术与标准提案的主要项目进行深入分析,绘制“专利技术—时间分布图”和“标准提案项目—时间分布图”,如图5所示。按照布局和规律绘制“专利布局图”“标准提案规律图”,如图6和图7所示。
3.3.1 标准与专利技术—时间分布
Polar码专利的4类核心技术信息位选取、级联结构、速率匹配和信道交织与标准提案项目中“信道编码、广播物理信道”“代码构建”“速率匹配”“序列设计”所涉技术一一对应。图5中横轴表示年份,横轴上方4种图形分别代表4类技术,每个图形为一项专利或提案,从下至上一一对应。本文将专利申请时间和标准提案时间精确到“日”,以展现专利和提案时间分布。通过对比发现:①信息位选取技术与信道编码、广播物理信道项目专利申请分布于2011—2013年,填补标准提案空白区域;标准提案分布于2016年,填补专利申请空白区域;②级联结构技术与代码构建项目密集区域较为一致,均分布于2017年,其它时间段专利申请分布于2012年、2016—2018年;③速率匹配技术和项目以专利申请为主,分布较为均匀,标准提案仅分布于2017年,信道交织专利申请与序列设计项目提案分布较为一致。
图5 技术—时间分布
Fig.5 Technology—time distribution
综合来看,Polar码专利申请与标准提案具有协同性,主要体现在两个方面:①专利申请与标准提案在彼此空白区域相互弥补,两者前后交叉衔接;②专利申请与标准提案密集区域总体较为一致,两者发展态势较为同步。
3.3.2 标准与专利竞争
(1)专利布局竞争。本文在分析华为Polar码专利的同时,对比分析爱立信、高通和三星的专利研发方向和专利申请内容,并依此绘制专利布局对比图,如图6所示。图6上半部分为爱立信、高通和三星,下半部分为华为。每一纵栏代表一类专利研发方向。大圆表示4类核心技术,实心圆表示企业申请的技术专利,空心圆表示未研究该类专利。小圆表示核心技术的辅助性专利,小圆大小不一,从小到大分别代表1个、2个、5个专利。同样,以信息位选取、级联结构、速率匹配和信道交织4类技术作为主要分析点,与其它企业进行对比,结果发现:①华为对每类技术都进行研究,对其它企业进行选择性研究;②华为对每类技术都配之以辅助性专利技术,对其它企业进行选择性研究、申请;③未研究核心技术的企业申请了辅助性技术。
图6 专利布局对比
Fig.6 Comparison of patent layouts
(2)标准提案竞争。本文分析华为Polar码标准提案的同时,对比分析爱立信、高通和三星的标准提案方向,并绘制标准提案对比图,如图7所示。图7上半部分为爱立信和高通,下半部分为华为。每一纵栏代表一类技术提案方向。大圆分别代表4类主题,实心圆表示企业对该类主题发起提案,空心圆表示未提案。小圆代表围绕主题提出的项目内容,小圆大小不一,从小到大分别代表1项、2项、5项。以“信道编码、广播物理信道”“代码构建”“速率匹配”“信道交织”4类项目作为主要分析点,与其它企业进行对比,结果发现:①华为对每类项目都发起提案,对其它企业选择性发起提案;②华为围绕每类项目均提出项目内容,对其它企业选择性提出项目内容;③未发起4类项目提案的企业均提出围绕项目的提案内容。
图7 标准提案对比
Fig.7 Comparison of standard proposals
虽然专利申请与标准提案属于两个不同系统,但两者与其它企业竞争时产生的图样具有高度相似性。因此,两者发展过程存在协同性,主要体现在两个方面:①无论是专利申请还是标准提案,华为均对技术和设备进行研究;②对于专利和标准,华为对每类技术都进行研究,环环相扣,连接紧密。
3.3.3 两者协同
对专利技术进行全面研究,可为标准提案的完整性提供铺垫。企业以专利为技术标准发起标准提案,提案内容可行性强、审核通过率高。专利经技术转化与标准有效连接,不断优化的技术促进专利革新,不断变化的需求促进标准进步,革新专利以迭代的新技术为枢纽向标准转化,不断符合用户需求、推动行业发展。因此,标准与专利以技术为纽带相互影响。无论是各自的技术分布方式,还是与其它企业之间的竞争图样,两者在同类技术中是一套完整的发展体系。标准与专利发展,两者具有协同性。
在数字化通信背景下,围绕“理论形成国际技术标准的机制”这一核心问题,从微观和动态视角对华为案例进行分析,对Polar码专利布局、技术标准形成规律以及两者关系进行深入探究,得出如下研究结论:
(1) Polar码专利通过“技术优化—地域扩散”组合方式布局。Polar码专利布局是一种技术层级优化、地域逐步扩散的组合过程。在技术方面,华为申请的Polar码专利均为改进型专利。通过递进式研究2011年、2012年、2013年和2017年华为4类核心技术申请专利,以编译码、解码技术贯穿其中,并辅之以各类技术达到最优效果,使Polar码不断优化迭代。在地域方面,华为通过PCT国际专利申请系统进行专利申请,从国内逐步向国外扩散,广泛分布于亚洲、欧洲等地区。
(2) Polar码技术标准遵循“需求导向—集成创新—增益观察—闭环反馈”持续性循环演化规律。产业技术迭代创新通过市场需求拉动,而非技术推动。基于国内通用的3G、4G技术以及未来场景需求,华为将相关技术有机融合,实现核心技术创新突破。然而,技术创新、升级需要不断的效果反馈,通过大量反复试验、观察,之后再次进行效果反馈,如此循环来适应不断变化的场景需求,进而获得用户认可。
(3)Polar码技术标准与专利相互促进与协同。时间上两者相互推进,数量上两者峰值时间一致,技术上两者相互对应。标准促进专利化,专利被纳入革新标准,新技术需求促进专利改进、申请;专利引导标准化,对已有技术进行优化,并在需求等方面引导标准发展方向、促进标准化。技术不断创新,标准也随之更新进步。专利布局需要以标准发展为基础进行方案设计,并对理论技术进行研究,引导专利向标准化方向发展,同时为标准提案作出铺垫。
基于上述研究结论,本文对企业引领国际技术标准、标准与专利协同实践提出以下几点启示:第一,企业应重视基础研究,不断加强产学研合作,以市场反馈为导向,保持理论的持续创新与跟进;第二,企业在前期应主动学习、模仿已制定的技术标准,逐步成为技术标准申请人,中期应积极参与技术标准研究,或者自主或合作申请技术标准,后期应不断加强自主研究和技术创新;第三,企业应尽可能将自身研究专利纳入标准提案,挖掘基础理论并使之专利化,从专利技术研究到技术标准申请与制定形成技术壁垒,不断提高自身竞争力,将国际技术标准牢牢掌握在自己手中。
由于本文中的华为案例具有独特性,而技术标准制定具有一定的复杂性和多样性,无法判断相关结论是否适用于国内外同行业其它企业。未来将进一步丰富数据,深入研究技术标准提案内容和相关技术专利内容,与国内外同行业、同类型企业进行比较分析,细致观察两者关系,探索技术标准形成机制。
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