文/劉小青

基于專利信息的近場通信技術(shù)（NFC）情報(bào)分析研究*

文/劉小青

近場通信技術(shù)(NFC）是一種工作在13.56MHz頻率的低速、近距離無線通信技術(shù)，允許在多個電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)簡單而安全的雙向交互，已制定形成ISO/IEC IS 18092、ECMA-340和ETSI TS 102 190等國際標(biāo)準(zhǔn)。之所以被稱為近場通信，是因?yàn)槠涔ぷ髟硎腔诟袘?yīng)近場，在近場區(qū)域中，離開天線或電磁輻射源越遠(yuǎn)，場強(qiáng)衰減越大，信號就越弱，因此它非常適合用于短距離通信，特別是與安全相關(guān)的如支付和門禁等應(yīng)用。

1 NFC技術(shù)的特征

NFC技術(shù)的出現(xiàn)，豐富了近距離無線通信技術(shù)的種類，完善了近距離無線通信的應(yīng)用場景和范圍，也為用戶提供了更大的選擇靈活性。與現(xiàn)存的諸多近距離無線通信技術(shù)相比，NFC技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。

與RFID相比，近場通信技術(shù)中的信息也是通過無線頻率的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，利用了負(fù)載調(diào)制的功能。但兩者之間還是存在很大的區(qū)別。首先，與RFID技術(shù)相比，NFC的傳輸距離更短，可以提供輕松、安全、迅速的無線連接。已知的RFID的傳輸范圍可以達(dá)到幾米、甚至幾十米，近場通信技術(shù)由于其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，對信號進(jìn)行了有效衰減，從而有效地降低了電磁波的傳輸距離，因此NFC具有比RFID技術(shù)更近的傳輸距離、更高的帶寬、更低的能耗等特點(diǎn)。其次，近場通信技術(shù)天生的優(yōu)勢是與現(xiàn)有非接觸智能卡技術(shù)兼容，目前已經(jīng)成為越來越多主要廠商支持的正式標(biāo)準(zhǔn)，因此具有更廣闊的應(yīng)用前景和使用范圍。同時，NFC技術(shù)是一種近距離連接協(xié)議，提供設(shè)備間輕松、迅速、安全而自動的通信。與其他無線連接方式相比，近場通信是一種近距離的私密通信方式。最后，近場通信與RFID的應(yīng)用領(lǐng)域不同，NFC技術(shù)主要應(yīng)用于門禁、公交、手機(jī)支付、交通、旅行、購物等領(lǐng)域，RFID技術(shù)則在生產(chǎn)、物流、跟蹤、資產(chǎn)管理等領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著巨大的作用。

與紅外技術(shù)相比，NFC技術(shù)提供一種面向消費(fèi)者的、更近距離的交易機(jī)制，比紅外傳輸方式更快、更可靠、更簡單。與藍(lán)牙傳輸技術(shù)相比，一方面，近場通信技術(shù)面向近距離交易，適用于交換財(cái)務(wù)信息或敏感的個人信息等重要私密數(shù)據(jù)；另一方面，藍(lán)牙技術(shù)能夠彌補(bǔ)NFC技術(shù)通信距離不足的缺點(diǎn)，可以應(yīng)用于較長距離的數(shù)據(jù)通信。因此，NFC技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)可以相互補(bǔ)充、共同存在。事實(shí)上，快捷輕型的NFC協(xié)議可以用于引導(dǎo)兩臺設(shè)備之間的藍(lán)牙配對過程，促進(jìn)藍(lán)牙的使用。（如表1所示）

表1 NFC、藍(lán)牙、紅外技術(shù)對比

正是由于近場通信技術(shù)具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，以及其對多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的有效支持和兼容，加上NFC具有成本低廉、方便易用和更富直觀性等特點(diǎn)，這讓它在某些領(lǐng)域顯得更具潛力。NFC通過一個芯片、一根天線和一些軟件的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)各種設(shè)備在幾厘米范圍內(nèi)的通信，并且費(fèi)用低廉。近幾年隨著智能手機(jī)的普及，NFC技術(shù)逐漸走入尋常百姓家，眾多廠商紛紛在自己的終端設(shè)備中加入了NFC功能，搶占NFC市場先機(jī)。

2 NFC技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵點(diǎn)

NFC的工作頻段是12.33-14.99 MHz。為了保證NFC信號的頻譜范圍在13.56 MHz頻段內(nèi)，NFC信號的波特率必須小于1 Mbps。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率大于1 Mbps時，只有采用多進(jìn)制調(diào)制才能滿足高速傳輸要求。如果采用多進(jìn)制ASK調(diào)制脈沖波形，則由于脈沖波形的調(diào)制度較低，多進(jìn)信號的分辨率很低，這將導(dǎo)致系統(tǒng)輸出信噪比的嚴(yán)重下降。

隨著數(shù)據(jù)傳輸速率的上升，脈沖的寬度變得越來越窄，對電路的脈沖響應(yīng)要求也愈來愈高。為了減小電路的實(shí)現(xiàn)難度，在高速傳輸時可以采用Miller碼進(jìn)行信源編碼。

NFC通信系統(tǒng)是個典型的多用戶開放式系統(tǒng)。為了防止干擾正在工作的其它NFC設(shè)備(包括工作在此頻段的其它電子設(shè)備)，任何NFC設(shè)備在呼叫工作前都要進(jìn)行系統(tǒng)初始化以檢測周圍正在工作的其它設(shè)備。當(dāng)檢測到周圍的射頻場小于規(guī)定的門限值時，方可呼叫。所以防沖突機(jī)制的設(shè)計(jì)對于NFC系統(tǒng)的正常工作十分重要。

傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行耘c可靠性的關(guān)鍵，一般來說傳輸協(xié)議分為三個過程：協(xié)議激活、數(shù)據(jù)交換、協(xié)議關(guān)閉。每一步的設(shè)計(jì)都影響后續(xù)過程的正常有效運(yùn)行。

3 NFC領(lǐng)域?qū)＠治?/h2>

NFC作為一種與標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的短距離通信技術(shù)，其所涉及的技術(shù)特征根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而被明確地定義，因而，其涉及的技術(shù)主題僅為NFC，相應(yīng)的技術(shù)特征也與NFC相關(guān)、或者基于NFC技術(shù)向其他領(lǐng)域擴(kuò)展，所以，僅僅將用NFC比較規(guī)范的關(guān)鍵詞NFC、NEAR FIELD COMMUNICATION、近場通信進(jìn)行限定。同時，通過初步檢索和統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，NFC技術(shù)領(lǐng)域分類號分布很分散，但主要集中在H部和G部，通過查閱H、G部的分類號表，可大致確定NFC專利可能涉及的分類號。通過關(guān)鍵詞和分類號合并檢索，本研究可得到相關(guān)NFC專利3945項(xiàng)，共計(jì)8923件。

3.1 全球?qū)＠暾埢緫B(tài)勢

按最早申請年對基帶芯片領(lǐng)域的全球?qū)＠暾埱闆r進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從圖2可知：2004年前，NFC技術(shù)相關(guān)專利申請較少；2005年后，NFC技術(shù)專利申請量持續(xù)增多，并在2011年后呈現(xiàn)出較大的增長趨勢；2013年后，NFC技術(shù)專利申請量呈現(xiàn)下滑趨勢，NFC技術(shù)趨向成熟。（如圖1所示）

圖1 NFC領(lǐng)域全球?qū)＠暾埱闆r（按最早申請年統(tǒng)計(jì)，單位：項(xiàng)）

從NFC從專利的公開地區(qū)看，這一領(lǐng)域的專利申請主要集中在中國、美國韓國、歐洲和日本，其中，我國大陸的專利公開數(shù)量最多，達(dá)1820件，說明全球各研發(fā)機(jī)構(gòu)對我國大陸地區(qū)NFC市場的重視，也可以看出中國是各研發(fā)機(jī)構(gòu)專利布局和市場挖掘的重要地區(qū)。（如表2所示）

表2 NFC領(lǐng)域?qū)＠闹饕_地區(qū)及專利申請量（單位：件）

3.2 NFC領(lǐng)域的主要技術(shù)專題

以國際IPC分類號的“小組”級別對各專利申請進(jìn)行分類，根據(jù)各個小組的專利申請數(shù)，得到排名居前的10個熱點(diǎn)技術(shù)專題，各個專題的專利數(shù)量占比和技術(shù)要點(diǎn)如表3所示。

表3 NFC領(lǐng)域10大熱點(diǎn)技術(shù)專題

3.3 NFC技術(shù)領(lǐng)域主要研發(fā)機(jī)構(gòu)

通過對檢索到的3945項(xiàng)專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)申請人專利家族數(shù)排序，可以得到NFC技術(shù)領(lǐng)域的主要專利申請人，如表4所示。

表4 排名前10的專利申請人及專利申請數(shù)（單位：項(xiàng)）

對專利申請項(xiàng)數(shù)排名前五位的研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行趨勢分析可以看出，黑莓、博通、LG、三星、中興這五家企業(yè)研發(fā)趨勢較為相似,即起步于2008年以前，2010年后迅速增長，并在2012年、2013年達(dá)到增長頂峰后又迅速下滑。作為NFC主要研發(fā)力量的五家企業(yè)在同一時段出現(xiàn)申請數(shù)的迅速下滑，最有可能的原因是，隨著技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，NFC技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了新的市場和技術(shù)瓶頸。（如圖2所示）

圖2 主要研發(fā)機(jī)構(gòu)專利申請趨勢

通過對專利文獻(xiàn)進(jìn)行內(nèi)容分析，可以獲得各主要研發(fā)機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)，以及該機(jī)構(gòu)NFC領(lǐng)域的代表專利，如表5所示。

表5 前10個技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)的專利申請對比情況

序號申請人代表專利專利申請的技術(shù)分布情況（I P C分類）4博通公司U S 2 0 1 3 0 2 1 7 3 2 6 U S 2 0 1 3 0 3 4 4 8 0 7 U S 2 0 1 6 0 2 3 4 6 3 1 U S 2 0 1 3 0 0 2 3 2 0 8 U S 2 0 1 4 0 1 6 2 5 5 3 U S 2 0 1 2 0 2 3 1 7 3 4 E P 2 1 3 7 8 3 2 U S 2 0 1 3 0 2 8 1 0 1 5 L G U S 2 0 1 4 0 2 5 3 3 9 6 C N 1 0 3 1 5 5 6 9 2 I N 2 0 0 8 K N 0 1 8 5 3 K R 2 0 1 0 0 0 7 2 1 1 5 K R 2 0 1 4 0 1 1 3 1 1 8 E P 2 5 6 8 6 9 3 U S 2 0 1 4 0 0 9 1 9 8 7 C N 1 0 2 9 5 6 0 7 9 6高通公司J P 2 0 1 3 0 1 7 1 8 8 E P 2 3 3 8 2 3 8 U S 2 0 0 9 0 1 5 7 8 3 4 J P 2 0 1 4 1 9 5 2 7 0 I N 2 0 1 3 C N 0 4 5 9 3 I N 2 0 0 9 M N 0 1 6 3 9 U S 2 0 1 2 0 1 5 0 6 6 9 K R 2 0 1 4 0 0 2 5 4 1 0 7 S O N Y U S 2 0 1 5 0 3 1 9 5 6 6 J P 2 0 1 0 5 0 5 1 9 2 A T E 5 4 5 0 9 9 J P 2 0 1 0 5 1 2 0 6 0 U S 2 0 0 8 0 0 9 3 4 4 7 U S 2 0 1 4 0 0 5 3 0 8 0 U S 2 0 1 6 0 1 8 2 1 2 5 D E 6 0 2 0 0 4 0 3 0 7 2 9 8英特爾U S 2 0 1 0 0 0 2 3 4 4 9 E P 2 4 9 0 4 0 5 W O 2 0 1 2 4 7 6 9 2 K R 2 0 1 1 0 1 2 8 2 5 1 E P 2 7 9 8 5 8 0 E P 2 7 9 2 1 7 4 U S 2 0 1 4 0 0 8 7 7 0 5 E P 2 7 9 2 2 0 7 9恩智浦半導(dǎo)體U S 2 0 1 3 0 1 2 2 8 1 6 U S 2 0 1 5 0 2 9 6 3 3 0 U S 2 0 1 4 0 3 4 9 5 7 4 W O 2 0 0 9 5 0 6 2 5 E P 2 2 7 9 5 0 2 U S 2 0 1 2 0 2 0 7 3 0 5 W O 2 0 0 9 1 1 5 9 9 7 C N 1 0 1 5 3 6 3 4 5 1 0 S K電信E P 1 8 0 4 4 7 5 T W 2 0 0 7 3 7 7 7 7 T W 2 0 0 7 1 8 0 5 6 U S 2 0 1 2 0 2 2 0 2 2 9 C N 1 0 1 6 4 5 1 2 9 K R 2 0 0 8 0 0 2 7 5 4 1 K R 2 0 0 9 0 0 0 0 0 6 0 K R 2 0 0 9 0 0 0 0 0 6 0

3.4 技術(shù)發(fā)源地研究實(shí)力對比分析

對檢索得到的8923件專利的申請人所在國家（地區(qū)）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，NFC技術(shù)領(lǐng)域的專利申請人主要集中在以下幾個國家和地區(qū)（如圖3所示），其專利申請量約占整個技術(shù)領(lǐng)域申請量的90%。其中，美國、韓國、中國申請的專利數(shù)量最多，占比超過一半。

圖3 NFC領(lǐng)域的全球?qū)＠暾埲朔植记闆r1（單位：件）

將全球主要申請國家和地區(qū)不同年份的專利申請量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較（圖4），可發(fā)現(xiàn)：美國、韓國NFC領(lǐng)域?qū)＠暾垥r間較早，且在連續(xù)的十幾年里在數(shù)量上保持領(lǐng)先優(yōu)勢?？梢哉f，美國、韓國NFC技術(shù)研發(fā)技術(shù)起步較早，且一直處于明顯的“領(lǐng)跑”地位；日本、法國、加拿大的增長趨勢較為平緩，而美國、韓國、中國這三個國家的專利申請量在2010年急劇增長，并在2012年、2013年達(dá)到頂峰，隨后開始急劇下滑。這一情況與該領(lǐng)域的專利技術(shù)主要掌握在領(lǐng)頭企業(yè)的實(shí)際情況有關(guān)，這些企業(yè)在某一年份的專利申請量決定了該地區(qū)整年的專利申請量，也有可能是2012年、2013年后NFC技術(shù)在一些地區(qū)推廣受挫使得部分企業(yè)退出了該技術(shù)的研發(fā)。

圖4 各主要技術(shù)發(fā)源地的專利申請對比情況（單位：件）

4 結(jié)論

通過對NFC專利文獻(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和內(nèi)容分析可知，美國、韓國在NFC技術(shù)領(lǐng)域有較強(qiáng)的實(shí)力，他們最早啟動NFC領(lǐng)域的研發(fā)，在專利質(zhì)量和專利申請總量上都比其他國家和地區(qū)有優(yōu)勢。近年來，我國大陸，中興、華為、騰訊等龍頭企業(yè)，以及OPPO、惠州TCL、小米等移動智能終端企業(yè)開始發(fā)力，在NFC技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域形成了可觀的專利。尤其是中興，其在申請總量上已經(jīng)排進(jìn)全球第三，PCT專利占比較高，且已經(jīng)在歐洲，美國等地進(jìn)行了專利布局。

從目前的市場應(yīng)用來看，NFC最有前景的應(yīng)用是移動支付?；贜FC技術(shù)的移動支付方法、裝置、終端研發(fā)也是各研發(fā)機(jī)構(gòu)專利申請最為活躍的領(lǐng)域，而如何提高NFC系統(tǒng)的傳輸速率、如何增強(qiáng)NFC系統(tǒng)的安全性、如何降低NFC裝置的成本，將是未來研發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

劉小青（1989-），女，碩士研究生，任職于廣東省科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所，研究方向?yàn)榭萍颊咦稍儭?/p>

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目“面向移動互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵領(lǐng)域的專利地圖技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)系統(tǒng)”（2014B040405008）

1按照國際上對專利文獻(xiàn)的標(biāo)識慣例，我國大陸和臺灣地區(qū)的公開代碼分別為CN和TW。