光通信上车，相关方案已就位

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）光通信在电信、数据中心等领域早已普及，而随着2022年底爆发的AI浪潮，数据中心高速通信的需求激增，也将光通信产业链再次带火，800G光模块甚至供不应求。
 
除了数据中心和电信等领域，汽车智能化的趋势下，多种传感器、高算力计算等对车载高速通信的需求也在不断提高，因此传输介质从铜缆转向光纤，正在成为未来的一种解决方案。
 
智能汽车的高速传输需求
 
传统汽车中，由于以往对于高速数据通信的需求不高，所以最常见的是使用CAN总线或LIN总线协议配合铜缆来进行整车的数据通信。其中CAN总线的传输速率较快，可以在车载娱乐系统、发动机控制系统、底盘控制、诊断系统等应用，最早是由德国汽车Tier1巨头博世在1986年推出，除了汽车电子之外，CAN总线还在工业自动化、医疗设备等领域有广泛应用。
 
CAN总线使用两根不同的信号线（CAN_H和CAN_L）组成差分信号传输线路，采用分布式控制的方式，能够连接汽车上各个部位的ECU电子控制单元，同时允许多个节点同时发送和接收数据。在汽车场景上，实时性十分关键，CAN总线数据传输响应速度能达到毫秒级，传输速率也能达到1Mbps。
 
而对于一些不需要用到较高传输速率的应用，比如车窗、车门控制、座椅调节、雨刷控制等非关键部件之间的通信，如果用CAN总线的话，首先是线束数量会大大增加，且增加车辆重量，影响能源经济性的同时还增加了成本。
 
所以在这些非关键的应用中，过去就会经常用到LIN总线进行通信。LIN总线的物理层设计简单，基于单主/多从架构，采用单线通信，标准传输速率为19.2 kbps，旨在降低成本并简化实现。
 
随着辅助驾驶、智能座舱等的需求，传感器、高清视频等通信需求提升下，又催生了CAN总线的“变种”CAN FD，将传输速率提升至8Mbps，但这还远远不够。
 
以智能驾驶的传感器传输带宽需求来看，激光雷达单个的需求约在20Mb-1000Mbps，雷达约0.1Mb-15Mbps，每颗摄像头带宽需求在500Mb-3500Mbps之间，传感器的数据总带宽需求高达3Gb-40Gbps。
 
所以汽车行业开始将以太网导入到汽车，从1Gbps到目前最新的物理层规范已经支持10Gbps。不过这也出现一个问题，车载以太网通过非屏蔽铜双绞线作为传输介质时，由于频率较高，在车内布线密集、电子设备密集的情况下，面临着严重的电磁干扰问题，并且线缆的质量较高，给汽车带来了极大的减重挑战。
 
而采用光通信，传输媒介从铜转为光纤后，能够拥有更强的EMC电磁兼容性。加上光纤的材料采用玻璃或树脂，直径小、重量轻，在提高传输速率的同时还能有效减轻线束重量。所以近年来可以发现，光通信上车，正在成为行业内的一个发展趋势，各家厂商都在推出相关的方案。
 
车载光通信方案
 
对于车载光通信的应用，裕太微此前表示，车载光纤从设计上较之稳定性更强的铜缆传输就要考虑更多的复杂因子，实现难度也更大，尤其是涉及车内功能安全的主干网络等区域。另一方面，车载光模块上车使用，要至少在不同的恶劣环境下工作15-20年，且不允许损坏和更换，这才能达到车规级标准。
 
“就目前而言，铜线通信在车载领域依然占据较强的优势。光通信上车只是一个方向，整个生态产业包括应用还没有很完善，目前只是有一些厂商在做预研。”
 
显然，当前光通信距离上车还有一段距离，不过确实也已经有一些厂商推出了车载光通信的方案。
 
赫千科技此前就推出了一种应用于汽车的通信架构，采用全光网络，通过自研的高速光纤TSN集中式网关架构使得基于集中式网关架构能够以超高带宽、超低的延迟、低成本、高确定性的通过光纤进行传输海量车载网络通信数据，最大支持传输10Gbps的传输速率并且具有优异的EMC性能。
 
高速光纤TSN集中式架构以10G TSN Switch作为核心单元，扩展出10G Fiber、10G electronic、1G POF以及100/1000Base-T1等网络接口。TSN交换单元支持IEEE802.1 AS，IEEE802.1Qav，IEEE802.1Qbv的TSN协议，以及二层交换机相关标准协议。TSN交换单元还支持多路GMSL摄像头/以太网摄像头/激光雷达/4D毫米波雷达等传感器的接入，传感器采集的图像或点云数据通过以太网1722封包后由10G TSN Switch进行转发，传送至终端网关进行图像帧缓存、缩放、混合等处理，最终输出至显示接口。
 
这套架构主要应用于包括ADAS系统、自动驾驶系统、360°环视系统、车载信息娱乐系统、BMS系统和集中式计算架构，最高传输带宽可以高达25Gbps。
 
华工正源在今年9月发布了行业首款车载光网络控制器OCU，据介绍，OCU兼具区域控制与骨干网通信的功能，在车载网络中既能完成高实时性、高速率和高安全性的传输与通信功能，又能在区域子网中，按照车型定制区域内车控相关功能，同时独特的自组网功能可以在不同形态的E/E架构中灵活部署，满足网络拓扑多样化需求。
 
长飞光纤也在今年推出了智能汽车光纤通信解决方案，基于车载以太网架构和车规级石英光纤通信标准IEEE802.3CZ，通过光电转换模块将汽车自有的电信号转化为光信号，以车载光连接器和车载石英多模光纤光缆作为物理层传输介质进行信号传输，具有高速率、高可靠性、低损耗、抗电磁干扰、易于安装和轻量化的特性， 在车载以太网架构中点对点传输速率支持2.5、5、10、25直至50Gbit/s。           
 
鹏瞰半导体基于光纤传输技术推出了新一代工业控制网络总线架构PonCAN（TS-PON技术），融合无源光纤通信高速数据传输、超低时延和高可靠性控制功能，具有高安全性、易于布线和全网同步的特性。TS-PON架构的传输速率可以达到10Gbps，时延达到微秒级水平，能够应用在汽车、工业、机器人等领域。
 
小结：
 
虽然光通信在汽车领域的应用还处于预研状态，车企目前的规划中似乎还未看到较为明确的使用光通信的迹象。不过光通信具备的高速传输、线缆质量轻、抗干扰等特性，在汽车应用中是具备其独特优势的，未来的应用落地情况，或许还需要解决一些功能安全方面的问题。