蜂窝网中D2D通信干扰协调专利技术现状.pdf

中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-42-专利分析随着便携式移动终端的广泛使用，以及实时、高速、高清多媒体业务等应用的逐渐爆发，移动网络承载的移动数据流量也呈现爆炸式增长。爆炸式增长的移动流量与数以万计的设备接入网络，对现有的通信网络体系带来了挑战，为了应对网络的高速流量增长和大量设备的接入，如何在稀缺的频谱资源条件下提高设备的快速接入并实现高速数据传输，是目前通信网络面临的首要问题。D2D通信技术是一种能够复用传统蜂窝网络用户资源，它允许用户设备利用蜂窝网络资源以不经过基站的方式通过设备到设备通信链路与附近的用户直接通信。相对于其他不依靠基站的直通技术而言，D2D 技术既可以在基站控制下进行连接和资源分配，也可以在无基站的情况下进行信息交互，通信方式比较灵活；同时，还能减小设备间传输时延、提高频谱利用率、提升数据传输速率、减轻蜂窝负担、改善、拓展覆盖范围。在面向 5G 的无线通信技术演进中，一方面，需要持续提升传统的无线通信性能指标，比如速率、网络容量、频率利用率等，另一方面，更为丰富的通信模式将带来终端用户的体验的提升，蜂窝通信的应用也将被拓展。D2D 技术被 3GPP 组织列为 5G 的关键技术之一，具有潜在的提升系统性能、提升用户体验、扩展蜂窝通信应用的前景。然而，当 D2D 用户复用蜂窝频资源时，D2D 用户和蜂窝网用户之间会产生不可避免的同频干扰。因此，如何在保证蜂窝用户正常通信的基础上，解决同频干扰是当前的研究热点。因此，本文从专利的角度来介绍目前基于蜂窝下的 D2D 通信干扰协调技术进行统计分析，为今后其他主体在相关领域的研究提供参考。专利申请概览通过 Incopat 数据库收集基于蜂窝下的 D2D 通信干扰协调技术的全球专利。Incopat 数据库比较全面，对于专利申请的不同字段信息进行了深加工，能够较全面地从多个维度进行专利分析。本文利用基于蜂窝下的 D2D 通信干扰协调技术领域的关键词进行检索，检索截止时间为 2023 年 9月 28 日。检索关键词：干扰、复用、共用、相同、D2D、设备到设备，根据上述关键词，获得专利申请 14 756 件，通过人工筛选，剔除噪声比较大的专利，共得到专利 11 166件，扩展同族合并得到 4 126 件申请。行业曲线开放度创新度生态度检索量持续度可替代度影响力行业关联度蜂窝网中 D2D 通信干扰协调专利技术现状马旗超 马俞如 蔡佳丽马旗超 马俞如（等同第一作者）蔡佳丽（等同第一作者）国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心-43-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 5 期专利分析专利申请现状下面从申请趋势、申请人、技术原创国、技术功效和重点专利的角度对相关申请概况进行总体分析。全球申请量趋势图 1 统计了蜂窝网中 D2D 通信干扰协调专利全球和中国专利年度申请趋势。从干扰协调全球和中国专利年度申请趋势可以看出，干扰协调专利的全球申请趋势和中国申请趋势大致相同，且全球申请的理念申请量均大于中国申请的历年申请量。D2D（设备直通）概念的提出比较早，在 2010年就有一定的申请量，但是在 2010 年全球和中国的专利申请比较少，中国 8 件，全球 19 件；在 20102011 年处于发展萌芽期，申请量较少；从 20112014 年，随着 4G通信的快速发展，3GPP 组织在 Release 12 版本中，将D2D 作为 4G 的关键技术，全球和中国的专利申请量呈现快速增长趋势；从 20142016 年，全球和中国的专利呈平稳增长趋势，且相比于 20112014 全球和中国的增长速度有所下降，可能与 D2D 技术与蜂窝网进行融合尚处于基础技术的研究探索阶段有关；在 20162021 年，全球和中国的专利申请量处于快速剧增阶段，在这期间，随着 5G 通信技术的发展，D2D 作为 5G 关键技术之一，D2D 与蜂窝网的技术研发与标准化步伐的答复加快，全球各主要公司纷纷投入大量力量进行技术研发，以及政府提供的众多政策支持，使得相关布局增速；在 20222023 年，由于专利的滞后性，全球和中国的专利申请还有一部分尚未公开，使得这两年的专利申请数量下降。随着 D2D 技术的成熟发展，以及 6G 通信技术的研发，在后续阶段，全球和中国的专利申请还有继续增加。技术原创国分析图 2 统计了蜂窝网中 D2D 通信干扰协调主要技术原创国申请量。专利目标国家或地区反映了各区域市场对该技术的重视程度。从图中可以看出，蜂窝网中 D2D 通信干扰协调全球专利国家的前 5 位依次是中国、美国、世界知识产权组织（WO）、欧盟、韩国。中国、美国两个国家占据技术市场的 53%，WO 占据 18%，中国和美国占据的技术市场差不过，从 WO 占据的 18%技术市场看，PCT 的专利申请量比较高，大部分企业都比较重视国际市场，通过 PCT的方式实现蜂窝网中 D2D 通信干扰协调技术专利的国际布局。欧盟和韩国分别以 8.7%和 5.3%紧跟其后，排名第三和第四。全球主要申请人图 3 统计了蜂窝网中 D2D 通信干扰协调技术全球十大申请人。由图 3 可知，上述十大申请人均为通信企业，根据申请总量，高通公司在该项技术中的申请量最高，其次是华为公司、爱立信公司、三星公司、LG 电子。高通公司凭借其在通信行业深耕多年的技术实力，在蜂窝网中 D2D 通信干扰协调技术研发上积累了大量的技术成果。中国申请人在全球范围内的主要申请前 10 中由华为公司和 OPPO 广东移动通信有限公司，反映了中国在该技术上具有一定的技术积累，华为在 2011 年提出了通过无线资源管理方法来避免D2D 链路与其他链路使用相同资源产生的干扰问题。另外，国内的高校、科研院所也是一股不容忽视的力量。技术功效图 4 为蜂窝网中 D2D 通信干扰协调技术专利的技术功效图。技术功效图，在一定程度上反映了专利申请要解决的技术问题或达到的技术效果。由图 4 可以看出，本次的样本专利大部分集中在 H04W 领域，符合 D2D 技术与蜂窝网融合的场景下，其中少部分 H04L 为在 5G 网络下，车与车之间的通信（V2X）与蜂窝网融合的场景。在 H04W 领域内，专利申请主要达到的效果就是干扰较小，传输质量提高，频谱利用率提高。重点专利分析专利 US9351340B2 通过测量 D2D 终端设备与基站之间的链路质量，还有蜂窝网终端设备与基站之间的链路质量，进而确定是 D2D 连接是选择重用上行链路模式还是重用下行链路模式；专利 WO2011050519A1 通过 D2D 终端设备主动向基站报告自身的干扰情况，基站根据接收的数据，将蜂窝用户进行分两类，一类用户是远离 D2D 用户，另一类是靠近 D2D 用户，进而对蜂窝用户进行不同的调度；专利 CN102365897A 通过收集邻近该 D2D 设备的蜂窝设备收集对该蜂窝设备的一组干扰，基于该组干扰计算出平图 3 全球十大申请人图 2 技术原创国分析图 1 全球和中国专利年度申请趋势中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-44-专利分析均干扰值，继而选择相应的资源用户 D2D 数据传输；专利CN103179669A 根据蜂窝用户和 D2D 用户之间的干扰，计算出复用蜂窝用户资源的 RB 数目，选择需要复用的蜂窝用户资源给 D2D 用户进行数据传输。US9351340B2 的同族数量 6 个，被引证 21 次；WO2011050519A1 的同族数量 3 个，被引证 71 次；CN102365897A 的同族数量 9 个，被引证 70 次；CN102365897A 的同族数量 3 个，被引证71 次。为了直观表示，上述专利的具体被引证次数和同族数量如图 5 所示。专利申请的 CPC 分类号图 6 示出了全球专利申请的 CPC 分类号的小类的情况。由图 6 可知，全球大部分领域主要集中在 H04L、H04W 和H04B 领域。H04W 主要指无线通信领域，H04L 主要指数字信息传输领域，H04B 主要指用户测量的信息传输领域。根据蜂窝网中 D2D 通信干扰协调技术的流程可知，为了实现对复用资源或频率干扰的减小或消除，在不同的阶段均可以实现技术的优化，比如，在测量、计算、传输干扰值的过程，在基站侧进行处理并生成调度方案的过程，在终端侧执行调度方案的过程。上述CPC分类号的对应于不同的处理过程。专利技术分析本节的专利分析是对样本进行扩展合并后得到的 4 126件专利申请进行分析。通过对蜂窝网中 D2D 通信干扰协调技术专利申请进行分析，可以按照技术手段，大致分为三个二级分支，即，功率控制、资源分配以及干扰协调（天线或预编码）。其中，对于功率控制方向的专利申请占比为12.7%，资源分配方向占比为 85.6%，干扰协调方向占比为1.7%。蜂窝网络中 D2D 通信干扰协调技术中的功率控制方向主要涉及各种功率控制算法，实现在复用频率时通信速率的最大化。资源分配方向主要涉及各种资源分配方法，能够在时域、频域、空域资源中通过合理的分配算法实现系统总体性能最大化。干扰协调（天线或预编码）方向主要涉及利用波束赋形来控制信号的传输与接收。目前，关于蜂窝网中D2D 通信干扰协调技术主要涉及上述三方面-功率控制、资源分配和干扰协调（天线或预编码），中国的研究热点和全球的研究热点类型。通过对基于蜂窝网下 D2D 通信的干扰协调的专利申请进行统计分析及阅读，进行该领域的技术发展的分析。针对功率控制的技术：在前期阶段：由于网络的用户数的普及程度不是很高，主要是通过网络节点（比如基站），生成公开功率控制参数，UE 接收该控制参数来降低 D2D 通信最大发射功率，降低 D2D 对宏 eNB 干扰；比 如 在 专 利 申 请 CN104335647A、CN10410518A、US9763201B2、CN04244392A 等。随着技术演进，网络密集化，用户的业务需求高，通过考虑同一区域内多对D2D 用户的信息进行联合优化，使得确定的发送功率更为准确，有助于提高数据传输质量以及接收成功率；比如专利申请CN106376058A、CN113115286、CN116614795A等。针对资源分配的技术：网络技术无论出于哪个阶段，网络节点都是综合考虑 QoS 和干扰、频率等因素，利用数学优化算法进行联合优化实现资源分配；比如：博弈论、图论、启发式、马尔可夫等算法，利用上述算法实现频率与功率、频率与模式、RB 等求解最优化分配方案。结束语本文对基于蜂窝网下 D2D 通信的干扰协调技术的申请情况概述，以相关专利申请数据为样本对国内外该领域的申请情况、主要申请人、技术原创国、技术功效和重点专利进行统计分析。希望上述分析有助于本领域技术人员对基于蜂窝网下 D2D 通信的干扰协调技术专利情况的了解，在促进了解的基础上，跟踪国际技术发展趋势等方面起到积极作用。同时，也希望为快速了解技术实质和提高检索效率提供有效的帮助。图 6 CPC 分类号小类图 5 专利被引证次数和同族数图图 4 技术功效图