隨著汽車(chē)技術(shù)的不斷向前發(fā)展，用戶對(duì)汽車(chē)的智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化的需求也在不斷提升。毫無(wú)疑問(wèn)，擁有良好用戶體驗(yàn)的汽車(chē)將贏得購(gòu)車(chē)用戶的追捧，促使汽車(chē)制造商不斷增加新的服務(wù)以滿足用戶的需求，而不斷增加的服務(wù)實(shí)施需要大量的ECU安裝車(chē)內(nèi)以完成預(yù)設(shè)功能，這些ECU將會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)量和車(chē)內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，海量的數(shù)據(jù)傳輸使得傳統(tǒng)的車(chē)載通信總線無(wú)法滿足要求?，F(xiàn)階段，盡管車(chē)載以太網(wǎng)總線已經(jīng)被應(yīng)用于車(chē)內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是車(chē)載以太網(wǎng)總線的傳輸帶寬仍然是100Mbps，最大傳輸不超過(guò)1Gbps，其傳輸媒介仍然采用銅。然而，伴著在ADAS、自動(dòng)駕駛、車(chē)載娛樂(lè)的全面發(fā)展要求更多傳感器接收越來(lái)越多的低延遲和確定性的數(shù)據(jù)傳輸、高分辨率視頻流量的傳輸以及5G 等更快的無(wú)線連接技術(shù)促使智能汽車(chē)能夠相互交換傳感器和控制信息等，使得車(chē)載網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬需求呈爆炸式增長(zhǎng)，導(dǎo)致了現(xiàn)階段1Gbps的車(chē)載以太網(wǎng)傳輸帶寬難以滿足不斷增加的車(chē)載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸需求。

為了支撐更高傳輸帶寬，彌補(bǔ)現(xiàn)有車(chē)載以太網(wǎng)采用非屏蔽銅雙絞線進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的弊端，抓住用戶需求中的痛點(diǎn)，赫千科技將傳統(tǒng)以非屏蔽銅雙絞線作為車(chē)載以太網(wǎng)的傳輸媒介替換為以光纖作為車(chē)載以太網(wǎng)總線傳輸，打造全光網(wǎng)絡(luò)的通信架構(gòu)在整車(chē)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用，如圖1所示。采用全光網(wǎng)絡(luò)的通信架構(gòu)，能夠支持更高帶寬（>25Gbps）、更低延遲、更低成本、更長(zhǎng)壽命，更短的開(kāi)發(fā)周期。 

圖1 赫千科技全光網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)示意圖

√ 為何采用光纖以太網(wǎng)？

盡管光纖與金屬銅線在車(chē)載以太網(wǎng)中都能夠作為傳輸介質(zhì)，但是采用光纖作為傳輸介質(zhì)相比金屬銅線，更具有優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

■ 采用光纖具有更優(yōu)越的EMC性能

由于金屬銅線作為導(dǎo)體在進(jìn)行加工過(guò)程中，很難精確的保證每根銅線的加工工藝、純度都完全相同或后續(xù)在雙絞線制作過(guò)程中存在差異，可能會(huì)導(dǎo)致兩根非屏蔽銅雙絞線的長(zhǎng)度或阻抗存在差異。在這種情況下，差分信號(hào)經(jīng)過(guò)銅雙絞線進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中將產(chǎn)生時(shí)間偏差或信號(hào)幅度偏差，如圖2所示。盡管信號(hào)發(fā)送端的信號(hào)在發(fā)出一個(gè)精確的差分信號(hào)，但差分信號(hào)在通過(guò)存在差異的單對(duì)銅非屏蔽雙絞線時(shí)，從差分信號(hào)模式轉(zhuǎn)化為共模模式的能量變化將會(huì)發(fā)生，使得在接收端中產(chǎn)生信號(hào)差模能量的減少，從而形成了非必要的共模干涉，使得采用銅線傳輸車(chē)載以太網(wǎng)總線存在電磁干擾，導(dǎo)致對(duì)車(chē)內(nèi)ECU、執(zhí)行器產(chǎn)生嚴(yán)重影響。但是，采用光纖作為傳輸介質(zhì)，由于光的傳輸特性，并不會(huì)產(chǎn)生EMC方面的問(wèn)題，不會(huì)對(duì)車(chē)內(nèi)的ECU、執(zhí)行器產(chǎn)生影響。因此，相比于銅線作為傳輸介質(zhì)，采用光纖作為傳輸介質(zhì)具備更優(yōu)異的EMC性能。 

圖2 車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中電磁干擾產(chǎn)生示意圖

■ 采用光纖具有更低的成本

EMC 認(rèn)證是 TIER-1 和 OEM 平臺(tái)驗(yàn)證的關(guān)鍵步驟之一，通信速率超過(guò) 100 Mbps 的銅鏈路需要復(fù)雜且昂貴的解決方案以符合 OEM 嚴(yán)格的 EMC 規(guī)范：高質(zhì)量屏蔽、受控雙絞線、復(fù)雜的直插式連接器等。相比銅，采用光纖作為傳輸介質(zhì)并不會(huì)產(chǎn)生EMC問(wèn)題，光纖通信端口可以更容易地通過(guò)EMC驗(yàn)證，能夠降低線束和連接器的成本。另外，還能夠節(jié)約開(kāi)發(fā)和調(diào)試階段的資源使用，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低人力和物料成本。

■ 采用光纖通信使得PHY連接器具有更小尺寸

相比銅線制成的非屏蔽雙絞線通信，采用光纖通信時(shí)，物理層芯片設(shè)計(jì)無(wú)需考慮昂貴的EMC安全電路設(shè)計(jì)以及合適的電磁組件，因此光纖通信中的物理層芯片設(shè)計(jì)比銅雙絞線通信的物理層要簡(jiǎn)單，使PHY連接器具備更小的尺寸。

√ 赫千科技自研高速光纖TSN集中式架構(gòu)

赫千科技獨(dú)立研發(fā)的高速光纖TSN集中式網(wǎng)關(guān)架構(gòu)的應(yīng)用使得基于集中式網(wǎng)關(guān)架構(gòu)能夠以超高帶寬、超低的延遲、低成本、確定性的通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸海量車(chē)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；

主要應(yīng)用包括 ADAS系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、360°環(huán)視系統(tǒng)、車(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)、BMS系統(tǒng)和集中式計(jì)算架構(gòu)，當(dāng)這些系統(tǒng)都采用光纖進(jìn)行通信時(shí)，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)儼然成為全光網(wǎng)絡(luò)通信的集中式架構(gòu)。

圖3為赫千科技自研的高速光纖TSN集中式架構(gòu)的一種配置方案，采用4個(gè)域TSN網(wǎng)關(guān)通過(guò)塑料光纖相互連接，并可以通過(guò)光纖連接至中央計(jì)算單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其中，域TSN網(wǎng)關(guān)A接入4個(gè)GMSL的攝像頭，域TSN網(wǎng)關(guān)B接入ETH攝像頭、ETH激光雷達(dá)、ETH 4D 毫米波雷達(dá)，域TSN網(wǎng)關(guān)D接ETH攝像頭、ETH補(bǔ)盲激光雷達(dá)。高速光纖TSN集中式架構(gòu)最大支持10Gbps的傳輸速率，采用塑料光纖進(jìn)行傳輸，同時(shí)也支持采用銅線進(jìn)行傳輸。 

圖3 赫千科技自研的高速光纖TSN集中式架構(gòu)的一種配置方案

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(guò)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。

綜上所述，采用光纖作為車(chē)載以太網(wǎng)總線通信的傳輸媒介，相比于銅雙絞線，能夠具有傳輸更高的帶寬、更低的延時(shí)、更優(yōu)異的EMC性能、更低成本等優(yōu)點(diǎn)。相信在不久的將來(lái)，在赫千科技等優(yōu)秀企業(yè)的推動(dòng)下，基于車(chē)載以太網(wǎng)的全光網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)將會(huì)在車(chē)輛廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步給用戶帶來(lái)更良好的體驗(yàn)。

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