中國信科集團 陳山枝：創(chuàng)建V-PON標準，把握車載光通信趨勢，加速汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展

  ICC訊 智能網(wǎng)聯(lián)汽車的加速發(fā)展，讓汽車從傳統(tǒng)交通工具，持續(xù)向具備先進感知、計算、通信技術(shù)的智能移動空間轉(zhuǎn)變。而車載光通信作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳送車載環(huán)境信息感知、智能化協(xié)同、車載信息娛樂的車內(nèi)網(wǎng)“大動脈”，正逐步成為支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，獲得產(chǎn)業(yè)界高度關(guān)注。

  近日，中國信科集團副總經(jīng)理、總工程師陳山枝博士領(lǐng)銜在7月的《電信科學》期刊發(fā)表《車載光通信趨勢分析及發(fā)展車載無源光網(wǎng)絡(luò)（V-PON）的建議》論文，分析了汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化趨勢，以及汽車電子電氣架構(gòu)（electrical electronic architecture，EEA）演進給車內(nèi)通信帶來的新需求與新挑戰(zhàn)，指出車載光通信也會經(jīng)歷類似電信運營商固定接入網(wǎng)的“光進銅退”的發(fā)展歷程，實現(xiàn)從“窄帶通信+銅纜線束”向“寬帶通信+光纖線束”的變革。陳山枝等在該論文中業(yè)界首次創(chuàng)新提出車載無源光網(wǎng)絡(luò)（Vehicular - Passive Optical Network，V-PON）的技術(shù)路線與標準建議：針對車內(nèi)通信需求及特殊工作環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)，在已有PON技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)車內(nèi)通信需求與車載特殊工作環(huán)境挑戰(zhàn)，開展技術(shù)創(chuàng)新，攻克相關(guān)核心技術(shù)，形成V-PON標準規(guī)范。該方案可充分發(fā)揮中國在光通信及PON領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和規(guī)模產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，助力中國在車載通信領(lǐng)域形成核心知識產(chǎn)權(quán)，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車轉(zhuǎn)型升級提供支撐，進而提升中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力。

  車內(nèi)通信：迎來能級躍遷“拐點”

  智能網(wǎng)聯(lián)汽車，讓汽車成為高度智能化、網(wǎng)聯(lián)化的移動生活空間。支撐汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的，是強大的“神經(jīng)”系統(tǒng)——車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)。

  隨著汽車電子電氣架構(gòu)（EEA）從分布式向中央計算+區(qū)域控制的跨域融合演進，車內(nèi)通信的需求也呈現(xiàn)出爆炸式增長。特別是汽車智能化發(fā)展，牽引消費者對智能座艙的需求不斷攀升，如：智能座艙涉及多模態(tài)人機交互、信息娛樂、高清影像、抬頭顯示、360°環(huán)視系統(tǒng)等功能的實現(xiàn)及海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，需要更高帶寬、更低時延、更可靠的通信方式來傳輸。

  但傳統(tǒng)以銅纜線束為基礎(chǔ)的車載通信局限性日益顯現(xiàn)：

  ·難以滿足數(shù)量增長的攝像頭、雷達等傳感器高帶寬數(shù)據(jù)傳輸需求；

  ·電磁干擾帶來的瞬態(tài)錯誤率已難以滿足L2及其以上的自動駕駛需求

  ·基于銅纜線束的車載總線難以進行線束的大幅簡化；

  ·銅材料成本高，質(zhì)量大。

  車載光通信技術(shù)應運而生，成為解決傳統(tǒng)車載通信局限性的“金鑰匙”。

  光纖上車：“光進銅退”助力全車智能提速

  L2到L4，甚至更高等級的自動駕駛需求、駕乘體驗的不斷提升，車內(nèi)EEA從分布式到區(qū)域集中式的演進等，都推動著“光纖上車”的進程。

  光纖通信以其大帶寬、低損耗、抗電磁干擾等優(yōu)勢，成為車載通信的理想選擇。光纖通信的物理層速率已朝超100 Gbit/s發(fā)展，遠超車內(nèi)網(wǎng)通信帶寬需求，為傳統(tǒng)汽車向智能網(wǎng)聯(lián)汽車演進提供了有效途徑和新手段。

  “光纖上車”不僅僅是車載線束的變革，也是由傳輸介質(zhì)的變革引入的車載通信協(xié)議與架構(gòu)的重構(gòu)和產(chǎn)業(yè)鏈的升級。光纖還具有溫度、應力、振動敏感的傳感特性?；诠饫w的車載測溫系統(tǒng)可對車載電池、車身、座椅等部位進行高精度、高靈敏度的實時溫度監(jiān)測與應變監(jiān)測，從而為車輛的舒適性和安全性提供多方位的數(shù)據(jù)支撐，為車載光通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

  同時，中國還具有完備領(lǐng)先的“光纖上車”產(chǎn)業(yè)鏈。中國企業(yè)在光通信領(lǐng)域全球領(lǐng)先，從技術(shù)研究、標準制定，到涵蓋光纖預制棒、光纖光纜等基礎(chǔ)介質(zhì)，到光芯片、光器件、光模組等關(guān)鍵器件，再到光傳送網(wǎng)（optical transport network，OTN）、波分復用（wavelength division multiplexing，WDM）和無源光網(wǎng)絡(luò)（passive optical network，PON）等系統(tǒng)設(shè)備的完整生態(tài)鏈，在全球市場份額占比第一。

  目前車載以太網(wǎng)已開始應用，IEEE 802.3cz也提出了通光纖來承載高帶寬以太網(wǎng)的方案，但車載以太網(wǎng)與車載PON在功能與性能上有較大差異。這些差異使以太網(wǎng)難以作為獨立技術(shù)滿足車載通信網(wǎng)絡(luò)的全部需求。從通信模式看，以太網(wǎng)僅支持點對點通信，如果需要建立多個節(jié)點間通信則要用到交換機，因此，以太網(wǎng)的核心在于交換，適合于東西向流量為主的應用場景；PON支持點到多點通信，其核心在于下行分發(fā)或上行匯聚，更符合車內(nèi)南北向流量為主的應用場景。

  在PON領(lǐng)域中國已經(jīng)取得了顯著的技術(shù)優(yōu)勢和規(guī)模產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，特別是隨著V-PON（車載無源光網(wǎng)絡(luò)）等車載光通信技術(shù)的不斷成熟和應用，智能網(wǎng)聯(lián)汽車將為我們帶來更加安全、便捷、舒適的出行體驗。未來，更高自動駕駛等級需要更多數(shù)量和更高精度的視頻和雷達等傳感器信號。預計到2026年，L3等級的自動駕駛汽車將產(chǎn)生超100 Gbit/s的帶寬需求。未來車載通信架構(gòu)，將形成以車載光通信為主控網(wǎng)絡(luò)，車載以太網(wǎng)、車載CAN等原有總線連接相應終端與控制系統(tǒng)的混合車載通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，車載光通信技術(shù)還需解決通信協(xié)議適應性、低時延、振動與溫度等可靠性、空間限制、汽車功能安全等挑戰(zhàn)，以更高效地支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車高質(zhì)量發(fā)展。

  中國信科V-PON：助力車載通信提“智”加速

  車載PON作為面向下一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信架構(gòu)的顛覆性解決方案，需以傳統(tǒng)PON技術(shù)為基礎(chǔ)，發(fā)展具有無源拓撲簡化、高帶寬、輕量化與低功耗和動態(tài)資源調(diào)度等新技術(shù)特點，并可擴展兼容多種總線協(xié)議。

  中國信科作為中國光通信發(fā)源地，掌握光通信核心技術(shù)并具備產(chǎn)業(yè)化能力。中國信科提出的車載無源光網(wǎng)絡(luò)（V-PON）技術(shù)基于成熟的PON技術(shù)發(fā)展而來，通過光纖將車載電子設(shè)備連接成一個高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)。利用光分路器等無源器件，實現(xiàn)點對多點的通信連接，為車內(nèi)不同功能的ECU和終端提供高帶寬、低時延的數(shù)據(jù)傳輸服務。目前中國信科旗下烽火通信、光迅科技、中信科智聯(lián)等已在車規(guī)級光纖光纜、光纖域控、光纖攝像頭、光纖屏等方面取得了實質(zhì)性進展，已支持3家以上車企開展實車改裝，進行V-PON通信架構(gòu)研究和路試可靠性研究。V-PON技術(shù)的出現(xiàn)，將為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展提供了強有力的支撐。

  大帶寬：V-PON技術(shù)可提供數(shù)十Gbit/s甚至更高的傳輸帶寬，滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車對高清視頻流、海量傳感器數(shù)據(jù)的實時傳輸需求。

  低時延：通過針針對性優(yōu)化通信協(xié)議和報文結(jié)構(gòu)，V-PON可將時延控制在極低水平，滿足自動駕駛等低時延應用場景的需求。

  高可靠：光纖傳輸具有極佳的抗電磁干擾能力，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。同時，V-PON還支持多種冗余保護機制，提升系統(tǒng)容錯能力。

  易擴展：V-PON通過無源分光器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的靈活擴展，支持更多終端設(shè)備的接入，滿足未來汽車電子功能的不斷增加。

  從“窄帶通信+銅纜線束”到“寬帶通信+光纖線束”的變革，將在技術(shù)的飛躍的同時，進一步推動出行方式的革命。中國信科將發(fā)揮中國在光通信和PON領(lǐng)域的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，攜手汽車產(chǎn)業(yè)界，加速攻克V-PON關(guān)鍵技術(shù)，制定V-PON標準，通過汽車與通信產(chǎn)業(yè)的良性互動，實現(xiàn)車載通信的“光進銅退”，助力車載EEA的快速演變，推動中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，提升中國企業(yè)的國際競爭力。

  【論文】陳山枝, 羅文勇. 車載光通信趨勢分析及發(fā)展車載無源光網(wǎng)絡(luò)（V-PON）的建議[J]. 電信科學, 2025, 41(7): 1-14.