智能家居近距离无线技术中国专利申请状况分析

早在1984年，美国出现了首栋真正意义上的智能型建筑，从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。我国智能家居产业起步晚，才走过10余年历史，尚未形成具备一定权威性的智能家居国际大品牌。可喜的是，随着国家“十二五”发展计划的发布，智能家居已成为国家九大重点领域应用示范工程之一，这是整个智能家居行业及其相关附属行业的曙光，智能家居迎来了空前的发展机遇。

然而，挑战与机遇始终是并存的，立足于广大的家庭，拥有着近乎无限的市场潜力的智能家居自然受到了业内外众多人士的青睐，作为全球巨头的微软、苹果、谷歌、思科、IBM争相插足，意图在这一庞大的市场上占据主导地位。我国智能家居企业入行晚，要想取得长足发展，增强国际竞争力，必须重视技术研发和专利布局，掌握核心技术。

在智能家居中，无线技术以其固有的优势，逐渐被市场认可，成为有线技术的补充，被认为是未来发展趋势。其中涉及的近距离无线技术包括根源已久的红外（IrDA）[1]\433/315 MHz、RFID、NFC，也包括新兴通用无线技术WiFi，Bluetooth[1]，UWB的转用，也有为智能家居应运而生的ZigBee[2]，Z-Wave[3]，60 GHz，此外，独特的X2D无线技术也值得关注。

1 研究方法和数据说明

本文以CPRS专利摘要检索系统（CNPAT数据库）公开的智能家居近距离无线技术相关文献为基础，对智能家居近距离无线技术相关中国专利申请状况进行统计和分析。笔者使用“智能家居”的关键词及其相关扩展词、各无线技术分支的关键词在CPRS中进行检索，检索截止时间为2013年2月23日，合并去重后的专利数量为1 636篇。其中2011年8月之后的相关中国专利申请由于公开时间的原因，导致数据不够完整，2012年的数据不完整性较明显。

2 智能家居近距离无线技术中国专利申请状况

2.1 中国专利申请总体态势

在检索得到的1 636篇文献中，发明专利申请为773篇，略少于实用新型的863篇，已授权专利为1 009篇，占全部文献的61.7%；其中实用新型为859篇，占已授权专利的85.1%，而已授权发明专利为150篇，仅占14.9%。可见，在授权专利中，绝大多数都是技术含量相对较低、保护期限较短的实用新型专利。从图1各技术分支的专利申请数量可知，在智能家居的近距离无线技术中，由于红外技术发展很早，且广泛应用于遥控、安防等方面，其专利申请数量最多，达500多篇；蓝牙在无线数据与语音通信中广受业界关注，专利申请量位居第2；同样受到申请人青睐的无线技术还包括RFID，WiFi和ZigBee。近来比较火爆的Z-Wave 因起步晚，目前已公开的专利申请数量尚少，HomeRF只是昙花一现，没有留下任何中国专利申请，而X2D是法国达泰多自主研发的无线通信协议，业界的关注很少，目前也没有申请中国专利。

智能家居近距离无线技术相关中国专利申请量逐年变化情况如图2所示。从图2可以看出，在2000年之前，国内对智能家居的关注度低，相关研究工作开展的非常少，专利申请量不多，基本都是用于电视遥控的红外技术。2000年是智能家居在中国的概念年，一部分居民已经通过媒体接触到了智能家居这个概念，一些对科技发展动向和市场趋势敏感的科研机构和有实力的公司着手投入研发，专利申请量进入缓慢增长阶段，涉及的无线技术也多样化。2004—2005年期间，不少大型企业在相关技术研发上开始发力，比如海信、LG、海尔、格力等；此外，飞利浦和索尼的大量PCT申请进入中国国家阶段。从2006年起，智能家居开始得到普及，国内市场自主研发力度也明显增强，专利申请量进入快速增长期，借着物联网政策的东风，智能家居无线技术也得到广泛关注，从2010年开始，专利申请量的增长进一步明显加快。

其主要关注的技术包括ZigBee，Bluetooth，60 GHz，WiFi等，大部分都用于智能电视和相关产品，在国内有广泛的市场。专利申请量位居第2的为海尔，涉及的主要技术包括红外、RFID、ZigBee、NFC等，应用于多种家电产品中。海尔是国内较早介入智能家居市场的大型企业，其U-home作为国内的十大智能家居品牌之一，引领着国内智能家居的发展。早在2003年，海尔便已推出基于蓝牙技术的第二代网络家电，实现了质的飞跃，开启国内家电无线互联时代。海尔U-home在开辟市场的同时较重视研发，其于2004年组建“中国家庭网络标准产业联盟”（简称e家佳联盟）并任秘书长单位，并于2007年建立国内唯一一所数字化家电国家重点实验室。索尼也进入前三甲，其于2005—2010年期间就60 GHz申请了大量的中国专利，另外，对蓝牙、ZigBee、UWB、WiFi的关注度也比较高，其产品主要集中在家电和安防上。上榜的两所高校中，中山大学申请相关专利21件，其中2件为与相关企业的联合申请，专利申请涉及的技术有RFID、蓝牙、红外、ZigBee、UWB等，只有1件为实用新型，其他均为发明专利申请，已获得授权的发明专利申请为6件。华南理工大学申请的15件相关专利均为独立申请，涉及的技术包括ZigBee、红外、UWB等，实用新型和发明专利基本各占一半，其中仅1件发明专利申请获得授权。

2.2 各热点近距离无线技术专利申请状况

笔者综合技术优势、市场应用、专利申请等多种因素，从上述10个有中国专利申请的无线技术中选取Z-Wave、ZigBee、60 GHz、RFID和红外技术，对这些技术的专利申请状况进行深入分析。

2.2.1 Z-Wave

Z-Wave是由丹麦公司Zensys开发的一种近距离无线技术，结构简单、成本低廉、性能可靠，其设计之初就定位于智能家居无线控制领域，被一些人看作是ZigBee的替代技术。2005年1月，Zensys公司与包括ControlThink，Panasonic，Leviton等国际知名公司在内的60多家厂商在CES（Consumer Electronics Show）大会上宣布成立Z-Wave联盟（Z-Wave Alliance）。通过Z-Wave技术构建的无线网络，不仅可以通过本网络设备实现对家电的遥控，甚至可以通过Internet网络对Z-Wave网络中的设备进行控制。基于Z-Wave的产品研发速度较快，欧美不少厂家已经能够提供相关的产品。

虽然Z-Wave在欧美的市场普及率比较高，但国内智能家居品牌对该技术的关注度不太高，笔者检索截止日之前公开的中国专利申请仅12件，相关申请人的情况如表1所示。在12件中国专利申请中，最早的由宁波三星电气股份有限公司于2008年提出申请，其中9件为实用新型，仅3件为发明专利申请，且均处于未决的法律状态。

2.2.2 ZigBee

ZigBee是一种近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率和低成本的无线技术，其提出之初是应用于工业现场自动化控制数据传输，工作在2.4 GHz和868/915 MHz。从 2004 年 ZigBee 第一版规范发布至2007年推出ZigBee Pro，ZigBee技术变得完善并得到广泛应用，之后ZigBee得到进一步发展。

中国公开的261件申请中，发明专利申请和实用新型各占约50%；由于ZigBee提出时并未发掘其在智能家居领域的应用，同时依赖于成熟的规范和技术的优势，直接应用技术、而未对技术本身进行改进的申请几乎占了100%。申请量逐年变化趋势如图4所示，可以看出，2003—2004年都为1件申请，2005年增至3件，之后开始迅速增长，这与ZigBee规范的推出时间相吻合。

图5为主要申请人排名，其中高校和个人申请占前3名，分别为华南理工10件，山东大学6件，王睿哲、莫宇峰、荆斌、张忠训作为共同申请人 6 件，海尔（5件）和海信（5件）分列4、5名。从申请人类型来看，高校申请的大量涌现说明有高校开始重视技术在新兴产业中的应用及其产生的经济效应，能够利用高校的科研实力推动产业发展从而实现创新，并推动经济发展。王睿哲等作为共同申请人共有6件实用新型，部分说明成熟的ZigBee技术应用到智能家居中受到产业人士的认可。

值得一提的是，莫宇峰作为第一申请人还有至少两件相关的申请。另外，由于ZigBee有成熟的规范、丰富的模块产品和开源协议栈，很多业内厂商并未提出专利申请来保护ZigBee在其产品中的应用。

2.2.3 60 GHz

60 GHz 是指通信载波在 60 GHz 附近的无线技术。目前美日欧都在60 GHz附近分配了7~9 GHz的免许可频谱用于短距高速无线通信，使得用户不用负担昂贵的频谱资源费用。60GHz 具有如下优势：带宽高、传输速率高达数吉比特每秒、抗干扰性强、安全性高等，因此被LG、松下、NEC、三星、索尼及东芝等公司共同成立的WirelessHD工作组选作可替代HDMI的无线数字高清传输技术 WIHD。60 GHz 商用有很多需要克服的技术难题，如内容保护、天线自适应和降低成本等。

申请量逐年变化趋势及主要申请人排名分别如图6、图7所示。从中国公开的43件申请来看，41件是发明，72%的申请都是技术改进；1987年只有1件申请，到2007年申请开始稳步增加，2010年达到最高年申请量12件；来自日本的申请达58%，这主要源于索尼高达23件的技术改进相关申请。索尼作为影视内容及设备和游戏平台的国际企业，其在中国的大量专利申请体现了其在60 GHz上的研发投入和实力，也说明WIHD会在索尼未来家电产品上得到重要应用。

2.2.4 RFID

RFID技术是20世纪90年代起新兴的一种自动识别技术，它主要通过标签对应的唯一ID号识别标志物，是物联网的支撑技术之一，在智能家居中应用广泛。相对于传统的磁卡及IC卡，RFID具有非接触、阅读速度快、无磨损等特点。

图8显示了申请量逐年变化趋势，从图中可以看出，智能家居RFID的首件中国专利申请出现在2001年，由飞利浦提出，这一时间与中国智能家居和RFID的发展基本适应。随着2000年起智能家居的逐步推广，以及RFID经过20世纪90年代的兴起和规模应用，RFID开始被运用到国内智能家居领域。从2004年起，全球范围内掀起了一场RFID的热潮，专利申请量呈现明显上升的趋势。而随着中国将物联网确定为战略性新兴产业，以及《物联网“十二五”规划》的出台，作为物联网关键技术的RFID也随之在中国蓬勃发展，在智能家居行业也有明显体现，专利申请量在2008年因经济危机略微下滑后，出现大幅增长。

主要申请人排名如图9所示，除LG、霍尼韦尔、飞利浦之外，该领域的主要申请人都是国内的企业或大学、个人，但LG占据了首位，可见LG的技术实力及其对中国市场的重视，国内企业面临一定的专利风险。海尔、康佳分别名列第2、第3，反映出国内企业在该领域同样具备相当的研发投入，也与这两家企业在智能家居行业的地位相称。经进一步分析发现，LG的RFID专利申请主要分布在智能冰箱、智能洗衣机两个方面，而海尔相关申请涉及机顶盒、家电设备识别、门禁、智能冰箱，康佳相关申请主要涉及智能电视，这与各家公司的技术优势和主要产品相符。

2.2.5 红外

红外传输技术的发展已经历了两个世纪有余，在世界范围内被广泛使用，在现今的智能家居领域也占有一席之地。红外传输技术主要应用于遥控器、红外探测以及数据传输等。

在红外技术的573篇专利申请文献中，实用新型占65%，申请量的逐年变化趋势及主要申请人排名分别如图10、图11所示。红外技术在家电中应用比较早，1985年出现了首件中国专利申请；1993年，由20多个大厂商发起成立了红外数据协会（IrDA），统一红外通信的标准，期间有关红外的专利申请出现了一个小高峰。随着智能家居概念的普及，将红外探测用于安防得到了推广，红外技术的专利申请稳步增长，并自2009年期进入快速增长期。就申请人而言，家电企业海尔、长虹的申请量较多，位居前2名，康佳、TCL对红外技术在智能家居上的应用也有较多关注。

红外技术中国专利申请在智能家居中的应用场合如图12所示，主要包括家电遥控、开关遥控、安防和数据传输等，其中用于家电遥控的申请占总申请量的55%，其次是用于安防的，占总量的30%，值得关注的是，还有少量的专利申请用于数据传输。笔者对用于家电遥控的专利申请状况进行了细化分析，发现其中近一半涉及远程遥控，其他的主要为手机近程遥控、智能遥控和多功能遥控等。

3 无线技术预测及给国内企业的建议

3.1 无线技术发展趋势预测

目前来说，在智能家居的多项无线技术中，并没有哪一项能占据绝对的主导地位，热点技术的专利申请量也都呈快速增长趋势。因此，各无线技术争夺市场的战争硝烟将持续进行，孰优孰劣，有待市场的长期考验。

笔者认为，各种无线技术性能特点不同，应用范围和领域也有所不同，因此，多种无线技术共存将是未来一段时间内智能家居无线技术的发展趋势。其中，Z-Wave 和ZigBee 在功耗、成本、性能方面存在非常明显的优势，将成为主流的组网技术；RFID作为物联网的支撑技术之一，也将在智能家居中得到广泛应用；红外的软硬件技术都很成熟，在遥控上的使用暂时无法被取代，其在安防上的新应用也显示了它的独特性，在重视安防的智能家居中必将占据一席之地；60 GHz 频带的毫米波通信应用于无线视频传输，由WirelessHD普及促进，在智能家居的家庭影院中将得到推广；WiFi虽然存在安全隐患等缺点，但其无线电波的覆盖范围广，且已经得到了规模商业化应用，仍是智能家居的生力军；蓝牙技术适于点到点的高速数据和语音传输，虽不适合大范围组网，市场前景也是可观的；NFC具备固有的安全性，虽然目前的应用热点是移动支付，但其在智能家居的门禁、身份认证和敏感数据交换中也有用武之地；UWB尤其适合近距离高速传送大量多媒体数据，可穿透障碍物，但标准之争导致其前途未卜。此外，法国达泰多自主研发的X2D，以及WiFi联盟推出Miracast新兴无线显示技术也值得期待。

3.2 针对国内企业的建议

在智能家居市场，我国的发展可谓突飞猛进，但要想成为专利强国，提升国际竞争力，树立国际品牌，还任重道远。基于上述分析，笔者对我国国内企业发展智能家居无线技术提出如下建议：

1）密切关注相关技术的专利状况

无线技术是智能家居的关键技术之一，也是通信技术的未来发展方向，这是毋庸置疑的。对于企业，应当密切关注各无线技术的应用前景和发展状况，结合专利申请状况，正确把握市场动向，准确定位产品。

在研发过程中，企业应深入分析相关技术的专利状况，避开专利壁垒，挖掘技术空白，将研发重点放在热点技术的专利空白区域，比如Z-Wave，60 GHz等，也可以适当关注那些独特的无线技术，比如X2D，这样能极大提高研发产出，也能在相关专利领域占有一席之地。此外，在开发产品时，应把握热点技术，深入了解相关专利的法律状态，从而充分利用已进入公众领域的专利技术，增强产品功能，提升产品的市场认可度。

2）重视专利布局

虽然在2008年之后，我国申请人的智能家居无线技术专利申请量快速增长，但应当意识到，这种快速发展还有待于形成坚实的基础，大量申请人仅重视专利申请数量而忽视专利申请质量，申请的专利零散且不成体系等现象比较严重。虽然实用新型专利申请更易获得专利权，但它的稳定性和权威性都不如发明专利，专利保护期限也短于发明专利。此外，在近几年国内评选的智能家居品牌中，很多品牌在智能家居无线技术上申请的专利非常少，甚至是空白。

笔者认为，我国相关企业和科研机构应当注重长期基本功的积累，增加发明专利申请数量，多出基础专利、核心专利，注重标准化，赢得话语权。智能家居品牌更应重视技术研发和专利布局，而不能仅仅是零散申请，只有这样，我国企业才能在智能家居领域获得更大优势，具备与国际品牌对抗的能力。

3）加强产学研之间的合作

从上文专利申请人的特点来看，不论是专利申请总量，还是各个无线技术分支的专利申请量，基本上都有排名靠前的大学和科研院所，而且，大学和科研院所对新兴技术的关注度也很高。但是，企业与大学和科研院所之间的联合申请比例偏低，产学研存在一定程度的割裂状态。

在研发上，大学和科研院所一般重视基础技术研究，而企业更注重技术的市场应用，各有所长。因此，笔者认为，产学研之间应当加强深入合作，企业需关注大学和科研院所的基础研究，联合研发热点核心技术，有利于开发新产品、抢夺新市场，而相关大学和科研院所也有必要和企业积极沟通，解决企业在实际应用中遇到的各类问题，避免研究工作脱离实际。加强产学研之间的合作，能促进国内整个智能家居行业的良性发展，提升整体实力，对合作各方均大有裨益。

4 结语

近两三年来，借着物联网政策的东风，智能家居快速发展，已经成为家居行业的一匹黑马，国内外品牌都在抢夺市场。数据显示，2009年智能家居市场蛋糕约为420亿美元，市场每年以20%~30%的速度递增，预计到2015年蛋糕将达1 240亿元，到2017年，该市场甚至会成倍增长至万亿元。为了在巨大的市场中分得一杯羹，国内智能家居品牌一定要有非常明确的市场定位，从长远利益出发，重视技术研发，注重知识产权保护，加强专利布局。