240911 CIOE 車載光網絡的挑戰與機會.pdf

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1、車載光網絡的挑戰與機會劉寧蘇州大學目錄需求挑戰機會總結2汽車智能化趨勢：從L2向L3邁進3SAE J3016TM Levels Of Driving Automation:sae.org/standards/content/j3016_202104no automationfull automationfeetoffhandsoffeyesoffmindoffAdvanced driver-assistance systems(ADAS)and autonomous-driving(AD)revenues,$billionSource:McKinsey Center for Future Mo

2、bility,Autonomous drivings future:Convenient and connected,2023傳感器和傳感器融合技術 智能網聯汽車帶來傳感器的類型和數量大大增加 o GPS，慣性測量單元(IMU)，超聲波雷達o 激光雷達(LIDAR),毫米波雷達,高清攝像頭 傳感器融合技術需要未壓縮的傳感器數據4攝像頭速率=分辨率幀頻色彩深度汽車電子電氣架構（EEA）演進5特斯拉23年公開的模塊化布線系統專利傳感器帶來的帶寬需求6傳感器數量參數速率/傳感器攝像頭514分辨率HorVer幀頻色彩2K(2M)19201080308 bit1.49 Gb/s3K(5.4M)28961

3、8764010 bit6.52 Gb/s4K(8M)384012606012 bit10.45 Gb/s6K(17M)301757774510 bit23.5 Gb/s激光雷達1432線15 Mb/s128線48 Mb/s毫米波雷達57677GHz400600 kb/s總體凈速率7.5329 Gb/s攝像頭速率=分辨率幀頻色彩深度旗艦手機攝像頭Pura 70 UltraiPhone 15 Pro Max后置攝像頭1.5000萬像素超聚光伸縮2.4000萬像素超廣角3.5000萬像素超聚光微距長焦1.4800 萬像素主攝2.1200 萬像素超廣角3.1200 萬像素 2 倍長焦4.1200 萬像

4、素 5 倍長焦前置攝像頭1300萬像素超廣角1200 萬像素7基于電纜的車載網絡現狀 非屏蔽電纜無法滿足高速互連需求，自動駕駛需要多根并行屏蔽電纜。銅纜線束成本高重量大（幾十到上百公斤），在整車中成本/重量占比第三。汽車電氣化導致嚴重的EMI。銅纜容易受到EMI的影響，尤其是在電纜屏蔽層破損或老化后。敷設難度高。8IVNCANLINFlexRaySerDesEthernet速率10Mb/s19.2 Kb/s20 Mb/s8Gb/s10 Gb/s成本低極低中高高傳輸媒介非屏蔽雙絞線單線非屏蔽雙絞線同軸電纜/屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線目錄需求 挑戰機會總結9采用光纖通信的車載網絡10 MOST:面向媒體

5、系統的傳送總線，以適應車載視聽娛樂的不斷發展o 1998年發布o 25150 Mb/so 采用RC-LED（帶寬低）和PMMA SI-POF（模式色散大，衰減窗口650nm）IEEE 802.3cz:IEEE以太網標準修正案7：多千兆位玻璃光纖汽車以太網的物理層規范和管理參數o 2023年發布o 2.5、5、10、25 和 50 Gb/s 在汽車環境中的玻璃光纖上工作o VCSEL+OM3 車載網絡惡劣的工作環境（震動、灰塵、潮濕）導致光纖連接器插損加大，802.3cz中定義的鏈路插損高達4-10dB。802.3df中100G/lane定義的鏈路插損僅1.8dB。DCI中25G NRZ 50G

6、 PAM4 100G PAM4，每一代接收機靈敏度下降約2dB。車載光網絡中25G和50G的鏈路功率余量和DCI中100G/lane的相當。增大的光連接器插損導致更小的功率余量Source:IEEE Std 802.3cz-2023.寬溫域下要求更高的光源可靠性12 850nm VCSEL廣泛應用于DCI（070oC）。駕駛艙：2085oC，發動機艙或車頂：40125oC。802.3cz推薦使用980nm VCSELo OM3(LOMMF:2 0.9 GHzkm)；帶寬低。o 50G需要PAM4：芯片成本高、模式分配噪聲（MPN）容忍度小。振動帶來的耦合偏移將增加MPN。Source:IEEE

7、 Std 802.3cz-2023.目錄需求 挑戰機會總結1314更精確的光纖耦合損耗模型徑向耦合錯位容差大灰塵損耗容差大權重半徑(m)VCSELPD光連接器光連接器多模光斑單模光斑可用于光纖鏈路里的光功率預算分配和器件規格制訂利用VCSEL的EF數據非對稱信號和集中可編程DSP15 區域節點無芯片：低成本 中央節點可編程：上行提速、抑制MPN基于GPU的實時信號處理實驗環境和結果16DMLPDVOASGEAFPGAGPUFilterADC實驗環境實驗結果遠端光源和硅光調制17Centralized Controller PD PDPDPDZone GatewayModulatorPD121+

8、212SPLUplink LaserZone GatewayModulatorPDZone GatewayModulatorPD21DownlinkDownlinkDownlinkDownlinkZone GatewayModulatorPD21MUXDownlink Transmitter12 遠端光源：環境溫度可控 硅光調制：耐高溫、復用400G光模塊產業鏈目錄需求 挑戰機會總結18總結車載網絡的速率提升將逐步發展，存在400G的骨干帶寬需求。車載光網絡的惡劣工作環境導致更高的光源可靠性需求和更小的鏈路光功率余量。更精確的光纖耦合損耗模型、非對稱信號和集中可編程DSP有助于解決上述技術挑戰。更高速率的車載光網絡建議引入硅光器件，復用400G數據中心光模塊中的硅光器件產業鏈，降低器件成本。1920 4 博士生 20 碩士生 1 講師 1 教授 主要研究方向：短距光通信系統、算法及相關硅光器件。主持完成國家863項目一項，當前主持國家重點研發計劃課題一項、國自然面上項目一項（高速車載光互連損傷機理與抑制方法研究）青年教師、博士后、研究生開放招聘中團隊介紹21DMLPDVOASGEAFPGAGPUFilterADC實驗環境（光通信系統）22實驗環境（硅光器件）感謝關注，期待合作