文/刘 毅

移动终端基带芯片领域专利分析及对策建议*

文/刘 毅

移动芯片是指安装在移动终端设备内部，负责完成数据运算、信息存储以及对外进行无线通信等任务的一系列集成电路（IC）的统称，移动芯片是移动智能终端最重要的部件。按功能区分，移动芯片可分为基带芯片（Baseband Processor，BP）和应用处理器（AP，Application Processor，又称应用芯片）以及其他专用集成电路芯片。本文简要介绍移动芯片的技术背景，并对基带芯片领域的高相关专利进行分析，最后给出若干对策建议。

1 移动芯片的功能演化

早期的移动电话采用第一代移动通信标准，其功能仅限于进行语音通话，进入2G时代后，移动通信的核心技术标准开始从模拟语音转向数字语音，许多分立元器件开始被集成在单独一颗芯片上，移动芯片的用武之地也越来越广。进入21世纪，2G通信技术已经在全球得到广泛部署，从2G演进而来的GPRS和EDGE技术标准也迅速得到商业化推广，一些发达国家和地区则开始积极从事第三代移动通信技术（3G）的研究和试运营工作。这时，一些移动芯片已经开始支持多媒体应用，部分移动电话已经含有FM收音机、MP3播放器和拍照等功能。尽管这些多媒体服务的性能指标与目前的水平相去甚远，但依然代表了当时移动芯片的最高水平。

2012年，苹果公司发布的iPhone5开始支持4G通话技术标准，该产品同样使用其自行设计的A6应用处理器，相对上一代的A5处理器，A6处理器配备双核CPU和三核GPU，渲染速度是A5的两倍，照相速度比A5提升40%，而且具备动态调整CPU电压和频率的特性。

从各代移动芯片的功能演变过程可见，除了芯片的整体性能不断提升外，芯片内部的多核协同处理机制和对音视频编解码等高强度数字信号处理任务的支持成为主流，寻求对功耗的抑制方案也是关键。

2 基带芯片研制的关键技术

基带芯片的性能直接决定了移动终端产品与外界进行信息交互的质量高低。基带芯片技术一直沿着多频多模的方向发展演进，在支持主流的移动网络通信标准的同时，还要能够向下兼容较早的各种网络技术。为满足终端用户的移动漫游需求，必须将包括2G、3G、4G和Wi-Fi及GPS全球定位等功能集中在单个终端设备之上，这种被称为“全网通”的技术需求逐渐成为基带芯片设计的行业标准，这就使得多模移动终端基带芯片成为必然。

较早前，基带的数字处理功能和终端的基本外围功能都集中在单个片上系统（SOC）中，几乎所有的基带芯片都采用MCU+DSP（微处理器+数字信号处理器）的双处理器架构。MCU是整个移动芯片的控制中心，芯片通过运行一个嵌入式操作系统对其他期间进行控制，DSP子系统主要处理基带信号，完成硬件加速和底层数据吞吐等功能。进入3G之后，FPGA（现场可编程门阵列）也被加入到移动芯片的体系结构中，基带芯片开始出现MCU+DSP+FPGA的架构。随着更多通信模式的出现，基带芯片的设计难度不断攀升。

从目前各大厂商的解决方案看，基带芯片设计的关键技术在于简化算法的架构的同时，尽量地将复杂的算法硬件化。例如，随着天线数的增加，要避免增加算法实现的成本，要不让多余的天线增加射频通道的数目，增加射频和基带的功耗。同时，如果能较好地将复杂的算法硬件化，即不通过传统的软件或者DSP芯片处理，而是直接将部分或者全部算法做成硬件加速器，同时配备一个简单的微处理器，这将有利于改善芯片的功耗，从而实现更好的运行效果。

3 基带芯片领域专利分析

对含有基带信号处理的专利文献进行统计，同时搜集与3G和4G等移动宽带业务有关的基带芯片设计厂商代表专利，共得到本领域326个高相关度专利家族，累计1234件专利。

3.1 全球专利申请基本态势

按最早申请年对基带芯片领域的全球专利申请情况进行统计，从图1可知，2010年以前该领域的专利申请数量还较少，从2010年至2013年间，专利申请量开始逐渐增加，且有稳步增长的趋势。

图1 基带芯片领域全球专利申请情况（按最早申请年统计，单位：项）

从专利的公开地区看，这一领域的专利申请主要集中在中国、美国和欧洲，其中，我国大陆的专利公开数量最多，达231件，说明全球各研发机构对我国移动终端市场的重视。

3.2 基带芯片领域的主要技术专题

以国际IPC分类号的“小组”级别对各专利申请进行分类，根据各个小组的专利申请数，得到排名居前的10个热点技术专题，各个专题的专利数量占比和技术要点如表1所示。

表1 移动芯片领域10大热点技术专题

序号专利I P C小组I P C小组占比技术要点或技术方案5 H 0 4 B -0 0 1 / 0 4 6 . 1 3 %研究信号收发机制的集成电路和系统6 H 0 4 L -0 2 5 / 0 3 5 . 5 2 %利用基带处理器完成信道估计和编解码等处理任务的方法7 H 0 4 M -0 0 1 / 0 0 5 . 5 2 %基带处理器的关键接口部件和协同处理机制8 H 0 4 B -0 0 1 / 3 8 5 . 2 1 %基带处理器的关键接口部件和封装电路9 H 0 4 L -0 2 7 / 2 6 5 . 2 1 %基带芯片调制解调处理方法和机制1 0 H 0 4 B -0 0 1 / 7 0 7 4 . 9 0 %利用基带芯片实现C D M A系统的码分多址通信标准

3.3 基带芯片领域主要研发机构

以所申请的专利家族数量为序，基带芯片领域的主要专利申请人如表2所示。

表2 排名前10的专利申请人及专利申请数（单位：项）

3.4 技术发源地研究实力对比分析

对检索得到的1234件专利的申请人所在国家（地区）进行统计可知，基带芯片领域的专利申请人主要集中在美国、德国以及我国大陆及台湾地区，上述地区的专利申请量约整个技术领域申请量的86%。其中，美国的研究机构所申请的专利数量最多，占比超过一半。具体如图2所示。

图2 基带芯片领域的全球专利申请人分布情况1（单位：件）

将各个主要研究机构的专利申请进行统计比较，可发现几个方面的信息：首先，在首件专利的申请时间上，除美国外，其他国家和地区在2003年之前的申请量都非常少，基本上都是在2005年后才开始有这方面的专利申请，也就是说，美国的基带芯片研发技术起步较早，一直处于明显的“领跑”地位，即使到了目前，其他国家和地区也基本上处于“跟跑”的状态；另外，除了我国大陆地区的增长趋势较为平滑之外，其他地区的专利申请数量随时间变化的波动较大，这与该领域的专利技术主要掌握在个别领头企业的实际情况有关，这些企业在某一年份的专利申请量决定了该地区整年的专利申请量。具体情况如图3所示。

图3 各主要技术发源地的专利申请对比情况（单位：件）

4 结论及建议

从上述统计分析结果可见，美国的专业集成电路设计公司在移动基带芯片领域有较强的基础，不论是专利申请总量或专利的全球布局，都比其他国家和地区的企业有明显的先发优势。近年来，国内的展讯通信等专业集成电路设计公司和华为、中兴等通信领域的龙头企业也开始发力，从3G开始推出有自己知识产权的芯片系列。

展望未来，移动芯片技术将会向多频多模及更快的速度这两方面发展，支持更多不同种类型的移动网络，同时向下兼容其他网络制式，制程工艺尺寸也将进一步缩小，从而进一步提高芯片的主频。目前，第五代移动电话行动通信标准（5G）已经成为各国电信运营商和移动终端生产商密切关注的新焦点，5G技术未来的创新路径将逐渐向Massive MIMO（大规模天线阵列）、毫米波（mmWave）、和C-RAN（Cloud-RAN，云端基地台）等方向收敛。基带芯片的设计标准也将朝向这些关键技术领域。

从对创新政策的研究和制定的角度，有以下若干建议：首先，高度重视对5G等前沿领域的国内外技术跟踪，重点跟踪目前已有较好基础，处于与全球领先企业“跟跑”水平的基带芯片设计技术，制定政府层面的产业鼓励政策；其次，鼓励国内高校和科研机构加大在基带芯片的前端设计和验证环节的基础性研究，培育一批面向产业实际需求的芯片级解决方案，并鼓励高校面向校外企业转移和转化科技成果；再次，面向全球引进移动芯片行业高端人才，对成功引进的团队和项目，给予基础实验设施、项目研发资金和社会保障体系的鼓励政策，确保高端项目的落地孵化。

广东省科技计划项目“面向移动互联网关键领域的专利地图技术创新服务系统”（2014B040405008）

1按照国际上对专利文献的标识惯例，我国大陆和台湾地区的公开代码分别为CN和TW。