光通信上車，相關(guān)方案已就位

  ICC訊 光通信在電信、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域早已普及，而隨著2022年底爆發(fā)的AI浪潮，數(shù)據(jù)中心高速通信的需求激增，也將光通信產(chǎn)業(yè)鏈再次帶火，800G光模塊甚至供不應(yīng)求。

  除了數(shù)據(jù)中心和電信等領(lǐng)域，汽車智能化的趨勢下，多種傳感器、高算力計(jì)算等對車載高速通信的需求也在不斷提高，因此傳輸介質(zhì)從銅纜轉(zhuǎn)向光纖，正在成為未來的一種解決方案。

  智能汽車的高速傳輸需求

  傳統(tǒng)汽車中，由于以往對于高速數(shù)據(jù)通信的需求不高，所以最常見的是使用CAN總線或LIN總線協(xié)議配合銅纜來進(jìn)行整車的數(shù)據(jù)通信。其中CAN總線的傳輸速率較快，可以在車載娛樂系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、底盤控制、診斷系統(tǒng)等應(yīng)用，最早是由德國汽車Tier1巨頭博世在1986年推出，除了汽車電子之外，CAN總線還在工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

  CAN總線使用兩根不同的信號線(CAN_H和CAN_L)組成差分信號傳輸線路，采用分布式控制的方式，能夠連接汽車上各個(gè)部位的ECU電子控制單元，同時(shí)允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在汽車場景上，實(shí)時(shí)性十分關(guān)鍵，CAN總線數(shù)據(jù)傳輸響應(yīng)速度能達(dá)到毫秒級，傳輸速率也能達(dá)到1Mbps。

  而對于一些不需要用到較高傳輸速率的應(yīng)用，比如車窗、車門控制、座椅調(diào)節(jié)、雨刷控制等非關(guān)鍵部件之間的通信，如果用CAN總線的話，首先是線束數(shù)量會大大增加，且增加車輛重量，影響能源經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)還增加了成本。

  所以在這些非關(guān)鍵的應(yīng)用中，過去就會經(jīng)常用到LIN總線進(jìn)行通信。LIN總線的物理層設(shè)計(jì)簡單，基于單主/多從架構(gòu)，采用單線通信，標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率為19.2 kbps，旨在降低成本并簡化實(shí)現(xiàn)。

  隨著輔助駕駛、智能座艙等的需求，傳感器、高清視頻等通信需求提升下，又催生了CAN總線的“變種”CAN FD，將傳輸速率提升至8Mbps，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

  以智能駕駛的傳感器傳輸帶寬需求來看，激光雷達(dá)單個(gè)的需求約在20Mb-1000Mbps，雷達(dá)約0.1Mb-15Mbps，每顆攝像頭帶寬需求在500Mb-3500Mbps之間，傳感器的數(shù)據(jù)總帶寬需求高達(dá)3Gb-40Gbps。

  所以汽車行業(yè)開始將以太網(wǎng)導(dǎo)入到汽車，從1Gbps到目前最新的物理層規(guī)范已經(jīng)支持10Gbps。不過這也出現(xiàn)一個(gè)問題，車載以太網(wǎng)通過非屏蔽銅雙絞線作為傳輸介質(zhì)時(shí)，由于頻率較高，在車內(nèi)布線密集、電子設(shè)備密集的情況下，面臨著嚴(yán)重的電磁干擾問題，并且線纜的質(zhì)量較高，給汽車帶來了極大的減重挑戰(zhàn)。

  而采用光通信，傳輸媒介從銅轉(zhuǎn)為光纖后，能夠擁有更強(qiáng)的EMC電磁兼容性。加上光纖的材料采用玻璃或樹脂，直徑小、重量輕，在提高傳輸速率的同時(shí)還能有效減輕線束重量。所以近年來可以發(fā)現(xiàn)，光通信上車，正在成為行業(yè)內(nèi)的一個(gè)發(fā)展趨勢，各家廠商都在推出相關(guān)的方案。

  車載光通信方案

  對于車載光通信的應(yīng)用，裕太微此前表示，車載光纖從設(shè)計(jì)上較之穩(wěn)定性更強(qiáng)的銅纜傳輸就要考慮更多的復(fù)雜因子，實(shí)現(xiàn)難度也更大，尤其是涉及車內(nèi)功能安全的主干網(wǎng)絡(luò)等區(qū)域。另一方面，車載光模塊上車使用，要至少在不同的惡劣環(huán)境下工作15-20年，且不允許損壞和更換，這才能達(dá)到車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)。

  “就目前而言，銅線通信在車載領(lǐng)域依然占據(jù)較強(qiáng)的優(yōu)勢。光通信上車只是一個(gè)方向，整個(gè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)包括應(yīng)用還沒有很完善，目前只是有一些廠商在做預(yù)研。”

  顯然，當(dāng)前光通信距離上車還有一段距離，不過確實(shí)也已經(jīng)有一些廠商推出了車載光通信的方案。

  赫千科技此前就推出了一種應(yīng)用于汽車的通信架構(gòu)，采用全光網(wǎng)絡(luò)，通過自研的高速光纖TSN集中式網(wǎng)關(guān)架構(gòu)使得基于集中式網(wǎng)關(guān)架構(gòu)能夠以超高帶寬、超低的延遲、低成本、高確定性的通過光纖進(jìn)行傳輸海量車載網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，最大支持傳輸10Gbps的傳輸速率并且具有優(yōu)異的EMC性能。

  高速光纖TSN集中式架構(gòu)以10G TSN Switch作為核心單元，擴(kuò)展出10G Fiber、10G electronic、1G POF以及100/1000Base-T1等網(wǎng)絡(luò)接口。TSN交換單元支持IEEE802.1 AS，IEEE802.1Qav，IEEE802.1Qbv的TSN協(xié)議，以及二層交換機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。TSN交換單元還支持多路GMSL攝像頭/以太網(wǎng)攝像頭/激光雷達(dá)/4D毫米波雷達(dá)等傳感器的接入，傳感器采集的圖像或點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)1722封包后由10G TSN Switch進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，傳送至終端網(wǎng)關(guān)進(jìn)行圖像幀緩存、縮放、混合等處理，最終輸出至顯示接口。

  這套架構(gòu)主要應(yīng)用于包括ADAS系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、360°環(huán)視系統(tǒng)、車載信息娛樂系統(tǒng)、BMS系統(tǒng)和集中式計(jì)算架構(gòu)，最高傳輸帶寬可以高達(dá)25Gbps。

  華工正源在今年9月發(fā)布了行業(yè)首款車載光網(wǎng)絡(luò)控制器OCU，據(jù)介紹，OCU兼具區(qū)域控制與骨干網(wǎng)通信的功能，在車載網(wǎng)絡(luò)中既能完成高實(shí)時(shí)性、高速率和高安全性的傳輸與通信功能，又能在區(qū)域子網(wǎng)中，按照車型定制區(qū)域內(nèi)車控相關(guān)功能，同時(shí)獨(dú)特的自組網(wǎng)功能可以在不同形態(tài)的E/E架構(gòu)中靈活部署，滿足網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠鄻踊枨蟆?

  長飛光纖也在今年推出了智能汽車光纖通信解決方案，基于車載以太網(wǎng)架構(gòu)和車規(guī)級石英光纖通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3CZ，通過光電轉(zhuǎn)換模塊將汽車自有的電信號轉(zhuǎn)化為光信號，以車載光連接器和車載石英多模光纖光纜作為物理層傳輸介質(zhì)進(jìn)行信號傳輸，具有高速率、高可靠性、低損耗、抗電磁干擾、易于安裝和輕量化的特性， 在車載以太網(wǎng)架構(gòu)中點(diǎn)對點(diǎn)傳輸速率支持2.5、5、10、25直至50Gbit/s。

  鵬瞰半導(dǎo)體基于光纖傳輸技術(shù)推出了新一代工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)總線架構(gòu)PonCAN(TS-PON技術(shù))，融合無源光纖通信高速數(shù)據(jù)傳輸、超低時(shí)延和高可靠性控制功能，具有高安全性、易于布線和全網(wǎng)同步的特性。TS-PON架構(gòu)的傳輸速率可以達(dá)到10Gbps，時(shí)延達(dá)到微秒級水平，能夠應(yīng)用在汽車、工業(yè)、機(jī)器人等領(lǐng)域。

  小結(jié)：

  雖然光通信在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用還處于預(yù)研狀態(tài)，車企目前的規(guī)劃中似乎還未看到較為明確的使用光通信的跡象。不過光通信具備的高速傳輸、線纜質(zhì)量輕、抗干擾等特性，在汽車應(yīng)用中是具備其獨(dú)特優(yōu)勢的，未來的應(yīng)用落地情況，或許還需要解決一些功能安全方面的問題。