基于技术标准生命周期的移动通信产业演化路径*

瞿羽扬 周立军 杨 静 许 丹

(中国计量大学经济与管理学院 杭州 310018)

0 引 言

以网络化、智能化、数字化为主要特征的第四次工业革命正在蓬勃兴起，5G作为实现万物互联的关键信息基础设施，其技术标准决定了未来各个地区必须遵守的游戏规则和技术规范，积极推进技术标准化工作已经成为各国争夺未来竞争制高点的重要手段。第三代合作伙伴计划(3GPP)各个成员正试图将自身的优势技术转化为国际标准，特别是以美国、中国、欧洲、日本、韩国为代表的通信技术强国，正在世界范围内积极开展标准布局。华为、高通、爱立信、诺基亚、三星等通信产业巨头通过积极申请标准必要专利、提升标准贡献度以及标准会议参与率不断增强标准竞争能力和技术话语权。根据IPlytics Platform报告《Who is leading the 5G patent race(2019)》显示：截至2019年11月，在已声明的标准必要专利中，华为居于首位(3 325项)，其次是韩国的三星(2 846项)和LG(2 463项)，前10席位中国、韩国、欧洲、美国及日本企业各占据2位；在5G标准贡献率中，华为占比21.41%，爱立信占比16.57%，诺基亚占比12.70%，而前十席位中国企业占据4位，欧洲、美国和韩国各占据2位；在参加3GPP会议的专家中，华为3 098人(14.01%)、爱立信2 193人(9.92%)、三星2 142人(9.69%)，前十席位中国和美国各占据3位[1]。技术标准的国际竞争，正在由发达国家向以中国为代表的新兴经济体扩散[2]。

移动通信产业技术标准不仅是创新成果产业化、市场化的必然桥梁，更进一步推动了技术再创新。因此，技术进化也被认为是技术标准化的一个重要方面[3]。同时，因其具有无可替代性和全球通用性的特点，甚至关系到一国移动通信产业的国际竞争地位和国家重大利益[4]，在企业、产业乃至国家层面都已上升到战略高度。随着移动通信技术从2G到5G的加速迭代发展，技术标准之争的进程随之加速。尽管3GPP表示2G和3G仍在使用中，但标准界早已聚焦于4G向5G的演进，甚至已经考虑6G技术标准的布局。目前，已有研究较多侧重于探究信息技术标准与专利、创新、知识产权等的关系[3,5]，或者仅单一分析3G或4G技术标准的竞争[6,7]，而基于整个产业发展脉络深入分析从3G到4G时代技术标准的演化过程、特征及规律方面的研究尚不充分。为此，本文结合Logistic增长模型探究移动通信产业技术标准的演化路径，剖析3G、4G技术标准发展轨迹和标准竞争动态，进而对5G技术标准发展趋势进行预测，为中国移动通信产业把握5G到6G技术标准之争态势，选择更优的战略路线图提供理论支撑。

1 技术标准与技术标准演化

技术标准是指为实现特定功能而接受的特定技术解决方案[8]。在工业4.0时代，复杂技术系统的创新和智能技术的产业化更依赖于技术标准。技术标准在推动产业技术创新，促进技术进步和引领产业发展方面起着至关重要的作用[9,10]。已有研究表明，技术标准作为产业技术政策工具，其优点在于实现技术锁定和掌握对产业的干预方式，并且成为产业技术发展的创新平台和实施贸易保护的手段[11]。对于演化研究，Nelson & Winter发表的《经济变迁的演化理论》标志着演化经济学的形成，并从演化经济的视角探讨产业发展的相关问题[12]。现有文献大致上将路径演化研究分为两类：一类是关于演化的过程分析[13,14]，即一种状态转化到另一种状态的过程；另一类则是演化的驱动因素分析[15,16]。

国内外学者围绕技术标准演化的研究，大多侧重于单一技术标准的演化过程探究。如Bekkers、高俊光、杨武对3G技术标准的演化历程的研究[17～19]，李龙一等对DVD技术标准的演进过程研究[20]，唐馥馨对浙大中控EPA技术标准演化过程的研究[21]。同时关于技术标准的演化，多数学者基于标准生命周期研究框架，认为包含准备/启动[21,23]、开发/形成[21～23]、实施[22,24]、推广/扩散[21,22]等阶段。虽然已有研究对技术标准的演化问题给予了一定的关注，但以技术标准的演化为主线，从产业整体发展的视角探究其发展过程、规律的研究尚未展开。一方面，已有文献较多集中于单个技术标准的研究；另一方面，对于生命周期各阶段的划分基本是基于时间序列上的主观判断，缺乏借助客观工具的精准判断。因此，本文以标准演化较为显著的移动通信产业为分析对象，使用Logistic增长模型挖掘和探索3G、4G、5G技术标准在产业变迁过程的内在演化规律，旨在勾勒出移动通信产业技术标准的演化路径及其与产业发展的互动关系。

2 研究设计

2.1技术标准演化研究方法及数据来源Logistic增长模型由Verhulst于1838年最早提出，并被广泛应用于技术生命周期的研究[25,26]。从宏观角度，可以把技术发展分为萌芽期(0%-10%)、成长期(10%-50%)、成熟期(50%-90%)和衰退期(90%-100%)以模拟和预测其成长轨迹。因其描绘出来的曲线形状与字母S相似，故而称之为S曲线[27]。由于技术标准源于技术，其发展有着类似的生命周期趋势，因此本文将Logistic增长模型引入技术标准研究。

国际电信联盟(ITU)是联合国的重要专门机构，自1865年以来始终致力于推动全球电信服务、网络和技术的发展，并制定促进世界范围内设备和系统互用性的国际标准，是电信领域最权威的国际标准制定组织。各国或各组织提出移动通信技术方案后，需得到ITU批准才能被确立为世界通用的技术标准。截至目前，ITU共通过确定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA和WiMAX四个第三代移动通信技术标准；LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced两个第四代移动通信技术标准；而5G则是ITU正在制定的下一代移动技术标准。IMT-2020(5G)是该系统、组件以及支持超越IMT-2000(3G)和IMT-Advanced(4G)系统所提供的能力的相关要素名称。因此，本文以ITU官网(https://www.itu.int/en/Pages/default.aspx)数据为技术标准来源。其中，3G标准以“3G、IMT-2000、CDMA2000、TD-SCDMA、WCDMA、WiMAX”等为关键词进行相关标准搜索；4G标准以“LTE-Advanced、Long Term Evolution、LTE、4G、Wireless MAN-Advanced”等为关键词进行搜索。经过人工筛选并剔除重复数据后得到1995-2019年相关3G标准149条；2007-2019年相关4G标准131条。

2.2技术标准数据分析利用美国洛克菲勒大学开发的LogletLab 4.0软件对3G、4G技术标准存量按照对称S型曲线进行拟合，得到Logistic增长模型各个参数的拟合统计结果，具体如表1所示。3G拟合优度R2为0.988，4G拟合优度R2为0.977，拟合效果较为理想。

表1 3G、4G技术标准拟合结果统计表

技术标准拟合结果显示，3G技术标准的萌芽期为1995-1999年，成长期为1999-2006年，成熟期为2006-2013年，衰退期为2013年之后，如图1所示。4G技术标准的萌芽期为2007-2012年，成长期为2012-2017年，成熟期为2017-2023年，衰退期为2023年之后，如图2所示。显然，目前全球已处于3G技术标准的衰退期、4G技术标准的成熟期。4G技术标准成长时间(a)短于3G技术标准，且4G技术标准的增长速度(r)明显高于3G。

图1 3G技术标准生命周期划分

图2 4G技术标准生命周期划分

基于Logistic增长模型，3G和4G技术标准存量拟合曲线如图3所示。图中横轴为标准年份，纵轴为该年份对应的技术标准数量。其中拟合曲线中实线为拟合部分，虚线为预测部分。3G、4G技术标准的Logistic模型钟形拟合图(见图4)呈现了技术标准增长速率的变化，4G的增长速率明显大于3G。2006年是3G技术标准的转折点，2017年是4G技术标准的转折点。在该转折点之前增长速率处于逐渐上升的状态，而在此之后增长速度会逐步降低。

图3 3G、4G技术标准Logistic增长模型拟合图

图4 3G、4G技术标准钟形曲线拟合图

2.3 移动通信技术标准生命周期特征分析

2.3.1 3G技术标准的生命周期及特征 20世纪90年代，随着2G移动通信系统在普遍组网演进的同时，3G的相关研究工作如火如荼展开[28]。截至1998年6月，各国提交到ITU的第三代移动通信无线传输技术共有10种[29]。该阶段3G技术标准开始萌芽，各方技术方案不断提出，国际组织开始研究并制定相关技术标准以满足市场需求和业务需求。经过前期的积累和开发，ITU于2000年正式确定由欧洲提出的WCDMA、美国提出的CDMA2000以及中国提出的TD-SCDMA并列成为全球3G统一标准。2007年，WiMAX也被接受为3G国际标准之一。随后3GPP和3GPP2相继发布技术规范，每一个版本都会在前一版本的基础上增加一些特性和技术内容。因此，3G技术标准成长期以标准的确立及相应的技术规范的产生和更迭为重点，以确保技术能够满足市场的需求。

在3G技术标准成长期，日本和欧洲各国已经开启3G商用时代。但由于3G泡沫、欧洲企业破产重整等原因，3G的部署与网络提升于2005年前后才完工。然而3G用户人数不多，始终无法大规模普及。2006年6月形成10家公司融合的E-PDAI文稿，上下行采用OFDM技术。2007年，美国苹果公司iPhone的发布开启了全新触摸式手机时代，因其终端更适合3G时代移动通讯网和互联网融合的要求，所以使得智能手机爆发性增长，同时也拉动了3G用户的暴增。因此，成熟期是3G技术标准应用于移动终端产品进行大规模商用的时期，也是技术标准扩散的关键阶段，也由此开启了下一代技术萌发。在衰退期，其标准和技术已经被4G所迭代。2020年7月，3GPP在RAN(#88e)全体会议上宣布，负责GERAN和UTRAN无线电与协议工作的第6工作组正式闭幕，RAN6的关闭标志着移动产业一个重要时代的结束。根据本文分析(见表1)，2020年也正所处Logistic增长模型99%的饱和点。

2.3.2 4G技术标准的生命周期及特征 本文研究显示(见图1和图2)，4G技术标准的萌芽期起始于3G技术标准的成熟期。2008年，ITU-R WP5D内有关IMT-Advanced的工作进入新阶段。3GPP启动了LTE-Advanced的研究项目，其任务是定义LTE-Advanced的需求，调研并提出LTE-Advanced的技术要素。3GPP于2011年冻结的Release 10是被ITU-R批准作为一项IMT-Advanced技术的版本，因此也被命名为LTE-Advanced。在此阶段4G技术标准开始萌芽，经过调研后出现了一些相关技术和规范，为标准的确立做准备。

2012年，国际电联无线通信部门(ITU-R)确定LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced为两大4G国际标准，分别由3GPP和IEEE提出。4G发展至今，在3GPP的积极推动和组织下，LTE标准仍是主流的事实标准。在4G标准的成长期，由于移动通信产业的技术升级迅速及产品成熟等因素的作用，标准确立后即被广泛应用。随着移动互联网的快速发展，高度的4G业务普及率使得智能手机使用率持续增长。据中国工信部统计，截至2020年2月底，中国4G用户规模(12.62亿户)占移动电话用户总数的79.9%。而数字经济发展对移动通信提出了更高的要求，全球期待5G的到来，3GPP首个5G规范Release15于2016年正式开启研究。在成熟期，市场对4G标准提出了更高要求以适应快速发展的数字时代需求。

2.3.3 5G技术标准现状与预测 3GPP首个5G标准Release15第3阶段于2019年3月已完成冻结，Rel-16第3阶段冻结时间为2020年7月，并发布了Rel-17第3阶段冻结时间为2021年9月[30]，以“5G、 IMT-2020” 等为关键词在ITU官网搜索后得到2016-2019年相关5G标准74条。

以专利作为指标来衡量技术发展已成为技术创新领域研究的通用做法[31～33]，也通常用于技术预测[34]。德温特创新专利引文索引(Derwent Innovation Index，DII)是基于Web的专利信息数据库，该数据库提供全球专利信息，使用户能够综合分析全球的发明创造[35]。因此，本文专利数据来源于德温特数据库，并以此绘制移动通信产业技术发展轨迹。借鉴郭思月[36]学者的做法，在DII数据库搜索后获得1973-2019年5G领域相关专利17 950条。

对5G技术标准及技术发展进行预测，得到Logistic增长模型各个参数的拟合统计结果如表2所示，其拟合曲线如图5所示，技术标准拟合优度R2为0.987，技术拟合优度R2为0.983，拟合效果理想。

表2 5G技术标准拟合结果统计表

预测结果显示，5G技术标准于2017年进入成长期，这一年为4G技术标准成长期与成熟期的转折点，而5G的相应转折点将出现在2021年，也就是3GPP预测Release17第3阶段冻结的时间。5G标准增长速度(r)都大于4G和3G；5G成长时间(a)都短于4G和3G。这表明了随着技术标准的更新换代，其发展速率会超越前面几代，且明显增加。5G技术比标准更早进入成长期，而标准比技术更早进入成熟期。技术产生时间早于技术标准，但标准的发展速度却快于技术，且成长时间小于技术，这恰恰表明在移动通信领域，各国各企业关于技术标准制高点的争夺一直未停下过脚步，甚至愈演愈烈。

图5 5G技术标准及技术Logistic增长模型拟合图

综合3G、4G、5G的生命周期拟合结果及其特征，技术标准在发展过程中都会经历萌芽期、成长期和成熟期。3G、4G及5G技术标准之间关系紧密，且每一代技术标准的成长时间愈来愈短。因此，本文以生命周期阶段为基础，将每个阶段的关键事件整合成演化模型图，以可视化地刻画技术标准演化过程，具体如图6所示。

注：本图时间截至2020.08

注：截至2020.08，5G国际标准尚未公布

3 技术标准演化路径解析

基于上述3G、4G、5G技术标准生命周期划分与事实的佐证，并以此为基础深入探寻技术标准发展规律及特征，移动通信产业技术标准演化路径如图7所示。尽管从3G到4G技术标准的演进都经历了萌芽期、成长期和成熟期，但在整体的技术标准系统演化中呈现出不同的驱动力量，尤其体现在市场需求、竞争主体及技术迭代方面。

a.技术标准萌芽期：市场需求驱动。萌芽期是技术标准尚未确定的时期，在技术多样性的背景下，制定技术标准是为了获得协商一致，而最终目的则是提高经济活动的效益。因此，技术标准的形成更多的是出于商业动机[18]。移动通信产业更是如此，尽管基于话音业务的第二代移动通信系统已经满足人们对于话音移动通讯的需求，但市场需求的动态发展，能够同时提供话音与数据服务，且在一定程度上实现宽带业务的需求逐步呈现出来。因此在3G技术标准提案上会更多地会考虑业务增强和宽带技术等条款。而随着社会的发展，第三代移动通信系统的局限性愈加明显，例如3G无法满足用户对高速率多媒体业务的需求；多种技术标准难以实现全球漫游等，这推动了人们对于4G的研究和期待。4G技术标准可以在不同的平台和跨越不同的频带网络中提供无线服务，并且能够提供数据采集、远程控制等功能，很好地满足了当时的市场需求。但5G技术标准不仅仅是4G的拓展，更是传统产业数字化和智能化改造的核心，是人工智能、物联网、大数据等新一代高科技信息技术高质量发展的基础和前提。

b.技术标准成长期：竞争主体演变。成长期是技术标准初步确立的时期，也是各方安装基础竞争的焦点时期。技术标准化是一种选择机制，使企业沿着由技术标准确立的技术轨道积累能力，技术标准竞争的胜利者可以通过标准必要专利获取高额使用费和许可费，以此巩固和提高竞争优势[2]。在3G技术标准竞争中，大唐电信集团提出了TD-SCDMA技术标准；高通大力推广CDMA2000技术标准；爱立信、诺基亚、阿尔卡特等欧洲企业通过研制开发出原理类似的WCDMA技术标准，但三大通信技术标准都碰触到了CDMA的底层专利技术，这使得高通能够从每台应用此类标准的3G设备中获得2%～6%的专利许可费用，因此高通占据最大优势，成为3G时代的最大赢家。

在4G技术标准制定过程中，标准制定组织为争夺国际标准主导权积极提出各自方案，并形成持续竞争态势，技术联盟在这个过程中为高效的协商一致提供了平台并发挥了重要作用。3GPP主张长期演进技术(LTE)，由WCDMA转向采用OFDM技术向LTE-Advanced演进；3GPP2沿着CDMA2000向UMB演化；以Intel为首，IBM、摩托罗拉、北电等组成的企业联盟支持WiMAX，并由IEEE进行修订。4G时代这三大联盟成为4G国际标准的主要竞争者，也是重要推动者。但由于CDMA逐渐失势，3GPP2基本放弃UMB演化计划；随着Intel对WiMAX的放弃，电信运营商们逐渐向LTE转移，3GPP提出的LTE-Advanced最终成为4G主流的技术标准。5G技术标准时代，3GPP中企业作为市场代表提出技术方案竞争的同时已充分体现出国家之间的激烈竞争。自2019年美国商务部将华为列入黑名单后，美国工程师逐渐停止与华为合作制定5G技术标准，但该禁令使得美国自身标准利益受到了极大的冲击，反而让华为在3GPP标准制定会议上获得了更大的话语权。而2020年6月，美国商务部宣布允许美国企业与华为合作，共同制定5G技术标准。可知，此举是为了确保美国业界能够更全面参与通讯领域的标准制定活动，更为美国厂商能够充分参与并倡导美国技术成为国际标准奠定基础。5G关乎网络安全、国家安全、社会发展乃至价值观，大量事实证明，谁掌握了标准，谁就掌握了竞争的游戏规则、话语权和控制权，甚至形成“赢家通吃”的局面[37]。

c.技术标准成熟期：技术迭代升级。标准可以强烈地影响技术方向、活动和搜索启发式，从而影响技术变化，同时标准也是技术变化的结果[38]。因此，在成熟期阶段，技术只有在技术标准的框架下不断升级更新，才能满足日益增长的社会需求，否则终将会被时代所淘汰。3GPP制定的标准是ITU技术标准体系主要贡献者，因此本文以3GPP的技术路径呈现技术迭代历程。3G以宽带CDMA技术为核心技术，实现移动宽带多媒体通信，而在3G技术标准成熟期，3GPP已经开启4G技术工作项目。4G以正交频分复用(OFDM)、多入多出天线(MIMO)等为核心技术，实现全IP的网络结构。而在4G技术标准的成长期，3GPP也已开启5G技术工作项目。目前第五代移动通信系统以大规模天线阵列(Massive MIMO)、Device-to-Device(D2D技术)为核心技术，以迎接物互联时代。随着通信技术的不断发展，标准出现的时间也越来越早，以此来指导技术的发展方向和发展轨迹。为了满足新的需求，3GPP技术规范不断增添新的特性来增加自身能力，其技术规范发展如图8所示，每个Release对应的是其冻结的日期。

4 预测与结论

从愿景到技术标准确立再到实际部署，每一代移动通信系统之间的时间间隔都在逐渐缩短。根据三星发布的《全民超链接体验》白皮书显示，6G最早商用时间预计为2028年，而大规模商业化将在2030年前后。2020年8月，韩国总理丁世均在科技部长会议上表示希望让韩国成为全球第一个试点和商用6G的国家。而在6G，也将实现真正身临其境的XR、移动全息图、数字复制等先进的多媒体服务需求。

本文通过借助Logistic增长模型，基于ITU官网发布的国际标准数据，考察了移动通信产业技术标准在生命周期过程中的发展内在规律和特征。研究发现：a.技术标准推动并引领下一代技术创新的发展。随着信息技术的不断发展，移动通信领域新一代技术标准的成长时间会愈来愈短，新一代技术标准的萌芽产生于上一代技术标准的成熟期或成长期，其增长速度及更新速度会愈来愈快；由此可以预见6G技术标准可能萌芽于2021年前后，技术蓬勃发展将产生于5G的成长后期，其成长时间将比5G更短。技术标准因其在产业化、市场化、国家竞争等方面的作用推动着下一代技术的发展，并在一定程度上起到引领技术创新的作用。因此，尽快推动5G成长及商用，并同步进行6G技术标准布局。b.市场需求的动态变化将驱动技术标准的迭代。新技术触发的多样化需求，以及由此导致的在新场景应用、新产业发展以及终端客户体验等方面产生的一致性技术需要推动了标准的产生。例如5G标准的产生是基于人与物、物与物互联的需求，是人工智能、工业物联网发展的需求，是产业多层次、多元化、立体化以及垂直行业应用的需求。目前，全球正处于使用4G、建设5G、研发6G的进程中，在愿景中6G带来的将是万物智联的时代，实现智慧连接、深度连接、全息连接以及泛在连接[39]。因此，移动通信产业技术标准的竞争优势必然要基于对相关方需求的挖掘、引导和满足。c.技术标准竞争主体由大企业主导到技术标准联盟推动再到国家战略协同，竞争模式的变迁影响着技术标准的成长进程。从3G到5G，技术标准的成长周期不断缩短，3G标准成长时间为13.0年，4G标准为10.9年，而5G为6.81年，发展中国家意识到协同的重要性，并在全球范围内扩大合作伙伴，激化多种资源和力量的协同，以争夺移动通信产业技术标准更加成为制高点，5G技术标准竞争已由欧美日韩等发达国家转向以中国为主的发展中国家，未来的竞争极有可能由上述三个主体的协同战略决定。因此，优化并扩大合作伙伴，形成多元化战略联盟是获得标准话语权的重要路线图。

本文以移动通信产业为研究对象进行了技术标准演化路径探索，获得了有意义的一些结论，但这一规律是否也存在于其他产业，有待进一步通过多产业的比较研究，以探寻技术标准在不同产业演化过程的共性和差异。另外，本文在对5G发展技术预测时，使用德温特专利数据库来研究标准和技术之间的紧密关系。因此，在5G和6G技术标准精准的预测上可以采用技术的预测，也可以考虑结合专业权威的期刊文献等全面的信息做判断，以提升研判的准确性和可靠性。