#LiDAR
～ 完全自動運転を支える高速車載光通信方式 ～
2024年9月20日
- 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。
背景
内容
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®：Flexible Automotive Signal and Power Unified Line System）が搭載されています。
各組織の役割
慶應義塾大学
マスター装置用光マッハツェンダ変調器・光スイッチ集積シリコンフォトニクス素子の設計およびSiPhON伝送方式の原理実証を行いました。マスター装置用シリコンフォトニクス光回路は、25Gb/sの変調動作を達成し、光スイッチによりバックアップ光源への切り替え可能な冗長回路を試作しました。
ゲートウェイ装置用シリコン細線シリコンフォトニクス変調器・光受信器集積デバイス（MD光回路）の開発を行いました。
大阪大学
SiPhON光ネットワークのシステム故障率を導出し、100Gb/sの容量においてMTTFが50年以上となることを示しました。車載光バックボーンNWの冗長構成法および通信方式を決定し、計算機シミュレーションにより4K高精細映像の伝送、物体認識処理、および、高度自動運転に不可欠なLiDAR等のセンサ情報を低遅延で取得可能となることを確認しました。
古河電気工業株式会社
レーザ光源および光送受信回路の開発、シリコンフォトニクス素子の光モジュール化を行い、これらを伝送装置に組み込みました。ゲートウェイ装置用MD光回路モジュール（図３）はシリコンフォトニクス光変調器・光受信器集積回路とアンプICを内蔵し、10Gb/s以上での送受信動作を確認しました。また、光ファイバー・電源線一括配索ハーネス（図４ FASPULS®）を光伝送デモンストレーションシステムへ適用し、マスター装置とゲートウェイ装置間の接続を行いました。従来のワイヤハーネスで通信速度を上げる場合はノイズ対策などで厚いシールドが必要になり重量増につながりますが、光ファイバーは電磁ノイズの影響を受けないため軽量化と高速通信を両立できます。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。車外との大容量データ通信の他、カメラやLiDAR（Light Detection and Ranging、ライダー）などの高解像度なセンサーデータの活用を実現します。これにより、自動運転システムやコネクテッドサービスの進化が期待できます。
図３ MD光回路モジュール
（a）シリコンフォトニクスMD光回路、（b）光モジュール、（c）素子拡大図、（d）10Gb/s光変調波形、電気受信波形
図４ 光ファイバー・電源線一括配索ハーネス（FASPULS®）今後も完全自動運転車両への実装を目指し、より高速かつ高信頼で拡張性の高いシステムとして研究開発を進めていきます。これにより、自動運転システムやコネクテッドサービスの進化が期待できます。
本成果は2024年9月22日～26日にドイツ・フランクフルトで開催されるECOC2024にて採択され、ポスターセッションで慶應義塾大学が発表を行います。
(注 1)シリコンコアとSiO2クラッドで構成される光導波路をベースとする光回路。レーザと電子回路が集積された光電融合回路の研究開発が隆盛。
(注 2)装置が稼働してから故障するまでの平均時間。
＜参考文献＞
高橋亮、岩瀬正幸、津田裕之、“車載光ネットワークの最新動向,” 電子情報通信学会誌、Vol. 107 No.2, P127-134, (2024).
Hiroyuki Tsuda, et al., “Proposal for a Highly Reliable In-Vehicle Optical Network: SiPhON (Si-Photonics-Based In-Vehicle Optical Network),” International Conference on Photonics in Switching and Computing 2022, TuP-F-2, Toyama, July 3-6, Japan (2022).
＜原論文情報＞
Hiroyuki Tsuda, et al., “Demonstration of a Highly Reliable Si-Photonics-Based In-Vehicle Optical Network (SiPhON) for Autonomous Driving,” 50th European Conference on Optical Communications (ECOC2024), W2A.117, Frankfurt, Sept. 22-26, Germany (2024).
『FASPULS』は日本における古河電気工業株式会社の登録商標です。
出典：
https://www.furukawa.co.jp/release/2024/kenkai_20240920.html
ご参考：
（株）光響が提供する製品・サービス情報：
・LiDAR（バックパック型・超高点群密度・ソリッドステート）
・ドローン球体ガード／イワサキドローン
・フェムト秒レーザー各製品
・Light Conversion製CARBIDEの3波長フェムト秒レーザー
・半導体レーザー
・量子コンピュータ関連製品
・波長板 関連製品
・OTDR関連製品
・VCSEL関連製品
・プロファイラ関連製品
・特殊レーザー光源 関連製品
・パワーメーター 関連製品
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・ファイバー関連製品
・ファイバー部品／関連製品
・テラヘルツ関連製品
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・光通信関連製品
・極微細用SLM型グリーンレーザーマーカー（光響製）
・超高精密フェムト秒レーザー加工機（光響製）
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・レーザークリーナー（光響製）
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