元宇宙专利：谁在抢跑？
作者：国家知识产权局知识产权发展研究中心副研究员 王雷
摘要
“通过物理世界和数据世界的融合，实现与现实世界平行的以人为中心的沉浸式体验” 的元宇宙(Metaverse)俨然已经成为全社会的热门词汇。数字化方式有效打破时空阻隔，提高有限资源的普惠化水平。国务院在 “十四五”数字经济发展规划中指出“数字化服务是满足人民美好生活需要的重要途径。这使得发展“元宇宙”是科技、产业、政策多层面共同的选择成为大势所趋。高科技产业的科技创新，都离不开专利。当前对于元宇宙的专利池运营已经开始，本文对元宇宙概念、实现关键技术、当前专利池运营状况、核心底层技术专利现状进行了探讨。
进入2022年，元宇宙(Metaverse)俨然已经成为全社会的热门词汇，从股市、自媒体、脱口秀节目都对“元宇宙”这个概念兴趣盎然[1]，经济学家、技术专家、哲学家对这个概念已经从技术、伦理、社会治理等多个维度开展了广泛的讨论[2]。我本人第一次听到“元宇宙”这个概念，是在2021年9月份的负责中国6G通信发展IMT2030组织的会议上，当时对“元宇宙”所提出的理念是“实现物理世界和数据世界的融合”。华为公司2021年出版的《6G无线通信新征程》[3]中对于2030年及以后的移动通信发展愿景(Vision)，进行了比较全面的讨论，这本书第二部“应用场景及目标KPI”中的首要章节就是“以人为中心的极致沉浸式体验”。
当前对于“元宇宙(Metaverse)”一词的溯源，目前普遍认为来自于美国科幻小说家Neal Stephenson发表于1992年的小说“Snow Crash[4]”，其中描述了和社会紧密联系的三维数字空间“虚拟实境(Metaverse)”。元宇宙与现实世界平行，在现实世界中地理位置彼此隔绝的人们可以通过各自的“化身”进行交流娱乐[5]。
由此可见，对于什么是“元宇宙”是具有相对统一的认识的，我对它的定义为“通过物理世界和数据世界的融合，实现与现实世界平行的以人为中心的沉浸式体验”。从技术上要实现这样的目标，需要多重技术的支撑和保障。其中主要包括具有“高精度定位”、“同步成像、定位制图”、“超高分辨率和谱识别的感知增强”、“具有传输时延和吞吐率要求的云VR”、“触觉与多感官通信”、“裸眼3D全息显示”。而所有这一切都将依赖6G通信来实现。因为6G通信所实现的是传感器的互联，融合数字世界、物理世界与生物世界。从3G移动通信实现移动互联网后，4G和5G都体现在网络能力的提升上，而感知将是6G的基础新特性。6G网络与终端采集感知数据有两种途径：(1)增强通信，尤其是针对基于波束赋形传输的毫米波和太赫兹频段;(2)提升机器学习和AI能力。这两条路径的感知数据，包含物理与生物世界的实时信息和知识，6G将同前几代天线系统不同成为互联的传感器。
不但产业界对于发展“元宇宙”兴趣盎然，国务院在 “十四五”数字经济发展规划 中也指出“数字化服务是满足人民美好生活需要的重要途径。数字化方式正有效打破时空阻隔，提高有限资源的普惠化水平，极大地方便群众生活，满足多样化个性化需要。数字经济发展正在让广大群众享受到看得见、摸得着的实惠[6]。由此可见发展“元宇宙”是科技、产业、政策多层面共同的选择，是大势所趋。
元宇宙的概念与实现需要的支持技术
元宇宙专利的管理运营
高科技产业的科技创新，都离不开专利。元宇宙前景将通过创新也只能通过创新来实现。正如其他重要技术所发生的那样，随着与该技术相关的权力集中到少数大公司手中，许多人对机会、民主化和参与的希望可能会被驱散。随着基于最低资本成本的经济学占据主导地位，最初通常推动创新的个人创新者和中小企业(“SME”)被边缘化。
元宇宙创新计划应该允许该领域的创新领导者将他们的创新提供给行业中的其他参与者，这些参与者可以在此基础上进行构建和改进。它在开放式创新和创新者的公平回报之间取得平衡。中小企业能够免费(对于较小的实体)或以非常低的年度成本对较大的中小企业参与并建立创新。创新者能够鼓励采用并为其创新努力产生合理的回报。
2022年1月IPwe和Open Meta基金会联合宣布成立元宇宙智能专利池。该公司预测在未来几年，元宇宙未来价值可能达到数万亿美元。IPwe和Open Meta 基金会 (OMF)在北美比特币大会 (The North American BITCOIN CONFERENCE)上联合宣布，元宇宙智能专利池创新项目的第一个创始成员：SDK Co。IPwe元宇宙智能专利池将通过指数型技术为创新者赋能，并通过共享对元宇宙生态系统的发展至关重要的关键技术，鼓励创新技术的采用，最大限度地增加商业机会，并带来投资回报，同时保持最大的灵活性，可以根据未来商业和市场条件的要求及时改变方向。
该专利池为专利持有人(创始成员)和实施者(普通成员)提供了专利管理工具，希望能够帮助专利池成员实现专利组合的价值。利用IPwe平台的专利许可费率提供标准化的许可条款，实现专利池的会员的收益。
SDK Co的元宇宙智能专利池创新计划的首批六个商业成员包括Streambed Media、Open Index Protocol、Alexandria Labs、True Reply、Reblika、Victory Productions和Worre Studios。
这家机构已经运作了三个专利池，包括区块链专利池(Blockchain Smart Pool)、数字链接专利池(Digital Link Smart Pool)和元宇宙专利池(Metaverse Smart Pool)。目前其元宇宙专利池由7家中小型企业组成(SMEs，其定义年收入低于100万美元的企业)，专利池包含有66件专利。
但是这家公司以及运营的专利池，还处于非常早期的状况，目前入池的66件专利的清单并没有公布，而根据目前参与企业检索专利，也没有相关专利申请的信息。
元宇宙实现关键太赫兹技术和涉及相关专利分析
为了实现在远程呈现，AR、VR、MR、全息等以人为中心的沉浸式通信体验，需要将显示分辨率推向人眼的识别极限，使网络达到Tbps级的超高速率，现有的5G通信未能达到这一水平。实现实时触觉反馈并避免头晕、疲劳的晕动症状，极地的端到端网络实验是逼近人类感官极限的关键需求。
现有的无线通信技术已难以满足多功能、大容量无线传输网络的发展需求，迫切需要发展新一代高速传输的无线通信技术。在过去三十年里，电信数据传输速率按照摩尔定律不断提高，大约每18个月翻一番，并迅速接近有线通信系统的最大容量。未来随着移动通讯使用领域的扩大，除了解决人和人之间的无线通讯、无线上网的问题之外，还要解决物和物之间、物和人之间的通信，6G通信技术主要促进的就是物联网通信的发展，由智能设备产生的对高速无线业务的需求迅速增加，同时可用带宽受到严格限制，这促使研究人员探索超宽太赫兹频带。
太赫兹频段的通信技术被认为是有望解决频谱稀缺问题的有效手段，已成为促成6G的关键技术之一，亟需开展研究。众所周知，对于在微波及以下频段运行的通信系统，无线数据传输速率被限制在1Gbps内;而在毫米波频段(如60 GHz系统)中，该速率可以在10 Gbps之内;但在太赫兹频段通信系统中，已经证明，通过控制适当的通信距离，系统带宽和利用某些特定的技术，可以达到100 Gbps的目标数据速率。太赫兹无线通信技术作为未来超高速通信的主要解决方案，近些年来受到世界各国的重视。尤其对于外层空间卫星间高速无线通信、地面室内短距离无线通信及局域网的宽带移动通信等领域给予了很大的关注。很多国家都提出了太赫兹通信研究计划，推动太赫兹高速无线通信技术发展，抢占太赫兹频段的通信资源。
从2001至2020年，太赫兹全球专利申请量总体可以分为以下阶段：(1)稳步发展期(2010年之前)，2010年之前年度申请量一直都比较少，同时增长幅度也较小，并存在小幅度的波动。(2)快速增长期(2011年以后)，2011年开始，太赫兹频段通信技术申请量大幅增加，增速比前一时期明显提高。这一时期内，2018年的年度专利申请量达到峰值，为819项。中国、美国、欧洲、日本、韩国是提交专利申请的主要来源国家。在全球专利申请中，来自中国的申请最多，占全球专利申请总量的40%;来自美国、欧洲、日本、韩国的专利申请占全球专利申请总量的比例依次为20%、17%、7%、5%。排名前十位的申请人中，中国申请人占据6家，均为大专院校、科研机构类型;韩国申请人占据3家，包括2家企业和1所科研机构;日本、欧洲各占1家，均为企业类型。从全球专利申请人的申请量排名可以看出，中国申请人占据一半以上。电子科技大学和中国计量大学位列前两位，申请量分别为244项和212项。位列前十位的中国申请人还包括两所大专院校以及两所科研机构，分别为：排名第七的天津大学91项、排名第八的东南大学90项、并列排名第九的中国电子科技集团第十三研究所和中科院上海微系统与信息技术研究所均为68项。
在全球专利申请中，太赫兹频段技术相关的7737项专利申请中，有2517项涉及太赫兹的产生，2179项涉及太赫兹的探测，2056项涉及太赫兹的传输，1986项涉及太赫兹天线。
为了解决太赫兹频段较大的路径损耗问题，需要研究有效的天线技术。天线技术是无线通信中提高信号质量、减少干扰、产生分集和降低发射功率的重要支撑。太赫兹频段需要大规模天线阵列来实现远距离的增强覆盖，并用于支持超窄波束赋形、超高角度分辨率和超高定位精度性能。除对传统大规模天线阵列的性能优化，还涌现出新的天线技术。
高频段波束赋形将延续混合波束赋形技术并进一步改进。用于5G毫米波的混合波束赋形技术提出以来，各企业及高校纷纷开展研究，不断优化混合波束赋形的性能。对于混合波束赋形的研究仍在延续，前期国内外各大企业投入研究较多，而近几年的研发主题更多转向大专院校及科研院所，专注于性能的优化，并逐步与6G应用场景相结合。例如，东南大学2020年的申请CN111181619A，提出一种基于深度强化学习的毫米波混合波束成形设计方法。
通过梳理涉及大规模天线波束赋形技术的402项专利申请发现，随着频谱资源向高频段拓展，混合的模拟/数字波束赋形技术需要进行改进，且向模拟波束赋形技术发展，而太赫兹频段涉及到超大规模MIMO以及新材料天线的使用，还需要新的波束赋形技术。高频段波束赋形，近年来有向模拟波束赋形发展的趋势。在2015年，华为在毫米波频率范围内运用模拟波束成形技术，提出重要专利WO2017025116A1。爱立信、三星等企业纷纷加入，中国大专院校东南大学及北京邮电大学也开始关注模拟波束赋形在高频段的可行性。
基于太赫兹频段的应用将有新的波束赋形技术的产生。用于太赫兹的应用场景提出了对新波束成形技术的需求。英特尔公司2018年的申请US2019305416A1，提出了使用石墨烯阵列天线时的可控波束赋形。华为公司2018年的申请CN111130615A，提出了太空通信领域太赫兹传输中波束成形技术的运用。网络通信与安全紫金山实验室2020年的申请CN111446991A，提出了为实现全球深度覆盖及全场景移动信息，大规模MIMO卫星通信中的波束赋形方法。
Reference
[1]JOVANOVIĆ A, MILOSAVLJEVIĆ A. VoRtex Metaverse Platform for Gamified Collaborative Learning [J]. Electronics (Switzerland), 2022, 11(3):
[2]STOKEL-WALKER C. Welcome to the metaverse [J]. New Scientist, 2022, 253(3368): 39-43.
[3]ZHU W T P. 6G：无线通信新征程 [M]. 2021年9月.
[4](美)斯蒂芬森. 雪崩 [M]. 四川科学技术出版社, 2009年.
[5]JEONG H, YI Y, KIM D. AN INNOVATIVE E-COMMERCE PLATFORM INCORPORATING METAVERSE TO LIVE COMMERCE [J]. International Journal of Innovative Computing, Information and Control, 2022, 18(1): 221-9.
[6]国务院. 十四五”数字经济发展规划 [J]. 2022,
