Las ventajas de la transmisión óptica de datos para la aplicación en vehículos 

Los cables de cobre clásicos alcanzan sus límites en el rango de multigigabit

Los requisitos para la transmisión de datos en los vehículos modernos aumentan a un ritmo vertiginoso, pero las «autopistas de datos» se siguen basando en tecnologías antiguas. Los cables de cobre clásicos alcanzan sus límites en cuanto a material y a tecnología. Así, se plantea una cuestión primordial: ¿es el momento de pasar a una nueva tecnología de transmisión? La transmisión óptica de datos podría ser la solución. Descubra cómo ha evolucionado esta tecnología, qué ventajas ofrece y por qué se está convirtiendo cada vez más en un factor clave para la industria automovilística.

¿Por qué la transmisión óptica de datos no lleva ya tiempo establecida en la industria de la automoción?

La transmisión óptica de datos es omnipresente en todo el mundo: desde el primer uso de las fibras de vidrio en las telecomunicaciones en 1980, tan solo en Alemania hay cada año más de 1,5 millones de hogares conectados a la red de fibra óptica, y ya se han instalado más de 750 000 km de cable de fibra óptica. Además de ofrecer velocidades de transmisión muy elevadas (Petabit/s), la transmisión de datos por fibra óptica en internet permite alcanzar un consumo energético alrededor de 17 veces inferior en comparación con los cables de cobre clásicos.

El motivo por el que esta tecnología aún no se ha impuesto en la industria automovilística radica probablemente en el bus MOST, que se desarrolló en los años 90. Este llegó a los vehículos sobre todo para aplicaciones de Infotainment y trajo consigo algunos factores limitantes, como por ejemplo, un ancho de banda compartido o una limitación de la temperatura a 85 ºC cómo máximo.  Además el bus MOST era una solución propietaria que hacía imposible el uso de protocolos alternativos.

Sin embargo, desde ese momento, la industria ha realizado grandes progresos en el ámbito de la transmisión óptica de datos. No solo ha aumentado la velocidad de transmisión de 150 Mbps (MOST) a 50 Gbps (Ethernet), sino que las fibras y la estructura del cable se han optimizado de forma que las especificaciones de la industria de la automoción o incluso los radios de flexión posibles ya no representan ningún obstáculo para su uso en el vehículo. Con esta tecnología también es posible transmitir a lo largo de grandes distancias, con lo cual la transmisión óptica de datos resulta cada vez más interesante para las aplicaciones de camión-remolque.

¿Qué mejoras se han producido en el ámbito de la transmisión óptica de datos?

En los últimos años se ha avanzado mucho en el desarrollo de los componentes ópticos. Si, por ejemplo, se observan los cables, se puede constatar que la atenuación óptica se ha reducido en gran medida, lo cual permite una transmisión a lo largo de distancias muy grandes. También se ha trabajado en la resistencia de las fibras y cables, de forma que están a la altura de los exigentes requisitos de la industria de la automoción. Pero no solo se ha llegado lejos en la tecnología de conexión, sino también en la tecnología de transmisión: se utilizan sistemas que, por una parte, realizan una transmisión bidireccional, y por otra, son capaces de controlar varias aplicaciones distintas con distintas longitudes de onda en una fibra. Si se lleva a la industria automovilística, se puede constatar que esto brinda la posibilidad de aplicar desde ya una tecnología apta para el futuro, que además cumple los requisitos. 

¿Existen empresas que inviertan en la transmisión óptica de datos para aplicaciones automovilísticas?

Para responder a esta pregunta, es necesario realizar una investigación a nivel mundial, ya que no existen demasiadas empresas que se muevan en el entorno automovilístico y que se ocupen de este tema. Si nos fijamos en Europa, podemos apreciar que, aparte de MD ELEKTRONIK, solo hay unos pocos que hayan iniciado proyectos relevantes con esta tecnología. Una de estas empresas trabaja desde hace años con el transceptor, que es el corazón de la transmisión. Se trata de una start-up española llamada «KD» que ha desarrollado un nuevo procedimiento para integrar un transceptor (unidad de transmisión y recepción) junto con un circuito integrado (IC) sobre un sustrato. Con la ayuda de esta nueva tecnología, en combinación con las ventajas de la transmisión óptica de datos, será posible integrar enlaces de Automotive Ethernet de alto rendimiento en las futuras generaciones de vehículos. Para ello, KD también ha contribuido considerablemente a la culminación del estándar óptico multigigabit IEEE 802.3cz.

¿Qué propiedades respaldan el uso de la transmisión óptica de datos?

Si comparamos la atenuación, que debe ser como máximo de 35 dB (a 11 m), como elemento crítico de la transmisión de datos a través de cobre, se hace patente que la atenuación óptica (aprox. 2,5 dB) presenta un valor muy reducido. En los nuevos desarrollos para aplicaciones en centros de datos se ha mejorado aún más esta propiedad, de manera que ahora se alcanzan valores de atenuación inferiores a 0,1 dB/km. Además de esta ventaja fundamental también se pueden enumerar muchos otros aspectos positivos. Así, el uso de cables de fibra óptica permite reducir aproximadamente 2/3 del peso y alrededor del 10 % del espacio necesario, en comparación con un cable de cobre similar. Además, la fibra óptica es menos sensible a la temperatura y permite una transmisión de los datos segura desde el punto de vista de la CEM a través de distancias muy grandes, lo cual resulta especialmente útil, por ejemplo, en los remolques de camiones y los autobuses. Si tenemos en cuenta la transmisión de los datos, también ofrece ventajas fundamentales. Empezando por las bajas pérdidas de transmisión en comparación con el cobre, algunos problemas críticos en términos de compatibilidad electromagnética, como el «crosstalk», pueden considerarse inexistentes en la transmisión óptica. Sin embargo, una transmisión equivalente con cables de cobre supondría un gran esfuerzo en cuanto a blindaje. Para las aplicaciones futuras, la transmisión óptica de datos ofrece otra característica muy útil, que es la posibilidad de transmisión bidireccional con el mismo ancho de banda.

En los desarrollos nuevos para aplicar esta tecnología en automóviles ya se han tenido en cuenta los aspectos más importantes, como la resistencia frente a las fuerzas de tracción mecánicas, la fatiga por flexión cíclica en la estructura del cable y en los conectores, y se han proporcionado prototipos aptos para automoción a diferentes proveedores y empresas OEM.