次世代車載光通信方式の実証研究にて伝送実験に成功

～完全自動運転を支える高速車載光通信方式～

● 完全自動運転の基盤となる、シリコンフォトニクス素子（注1）を利用した100Gb/sの伝送容量を持つ高信頼車載光ネットワークSiPhONを提案しました。
● シリコンフォトニクスモジュール、光ファイバー・電源線一括配索ハーネス、複数の4Kカメラ、Lidar、レーダを実装した原理確認システムを構築し、動作検証に成功しました。
　
　慶應義塾大学、東京大学、大阪大学、古河電気工業株式会社（本社：東京都千代田区大手町2丁目6番4号、代表取締役社長：森平英也）を含む5機関で共同研究を実施し、高度自動運転に必要となる次世代の車載ネットワークアーキテクチャであるセントラル＆ゾーン方式に対応し、高信頼、低伝送遅延の車載光ネットワーク「SiPhON：Silicon Photonics-based in-vehicle Optical Network」のコンセプト実証研究を行い、50Gb/sのデータ伝送システムのデモンストレーションを行う成果を得ました。

■背景
　高度自動運転の実現には、搭載するカメラやセンサ等の電子機器の増大に対応した大容量かつ低遅延な車載ネットワークが不可欠です。さらには、耐環境性や電磁両立性性能、信頼性などの車特有の極めて厳しい要求条件をクリアする必要があります。本研究では、信頼性の高いシステムを実現するため、中核機能を担うセントラルECU（Electrical Control Unit）のマスター装置にのみ半導体レーザを配置し、車を区画毎に統括するゾーンECUのゲートウェイ装置には、シリコンフォトニクス集積技術による変調器／受信器を配置して、その間を石英シングルモード光ファイバーで接続する通信方式（SiPhON）を提案し、実証研究を進めてまいりました。

■内容
　SiPhONは、50Gb/sの伝送容量を持つデータ伝送用ネットワーク（D-plane）と制御信号伝送用ネットワーク（C-plane）からなる物理層を備え、伝送路と光源の二重化による冗長性を有し、シリコンフォトニクス技術を利用して低コストに高信頼性を得る構成です（図1）。マスター装置から送信された光は、各ゲートウェイ装置で透過、受信、あるいは、変調して出力され、再び、マスター装置に帰還して受信されます。電気回路部では誤り訂正処理やリンク確立などに向けた制御信号やプロトコル、上位Layerとのインタフェースが実装されます。セントラルECUとゾーンECUは、イーサネットに対応したインタフェースを有し、ECU間の伝送容量を可変して、柔軟なトラフィック制御が可能です。SiPhONの構成によるシステム信頼性は高く、100Gb/sの容量においてMTTF（Mean Time To Failure、注2）が50年以上になります。新規に開発した光ファイバーと電源線の一括配線を適用することにより、シンプルな配索を可能としながら伝送速度50Gb/s以上の高速通信に対応し、100Gb/s以上の容量に拡張可能です。
　このたび車載ネットワークを模擬したデモンストレーションシステムを構築しました（図2）。マスター装置と4台のゲートウェイ装置間で2台の4Kカメラの映像信号（各10Gb/s）と周辺監視レーダおよびLidarの低速データを同時に伝送し、低遅延なエラーフリー伝送を実証しました。4Kカメラで取得された情報は、SiPhONを介して画像処理装置に伝送され、物体・交通標識を認識した結果がリアルタイムで表示されます。
　なお、デモンストレーションシステムには、本研究で開発された、シリコンフォトニクス素子、光ファイバー・電源線一括配索ハーネス（FASPULS（R）：Flexible Automotive Signal and Power Unified Line System）が搭載されています。