Infotainment Das Kupferkabel - Nervenader der Gigabit-Datenautobahn

Infotainment- und Fahrerassistenzsysteme eine Gigabit-Datenautobahn
Infotainment- und Fahrerassistenzsysteme eine Gigabit-Datenautobahn

Moderne Infotainment- und Fahrerassistenzsysteme treiben den Datendurchsatz im Fahrzeug immer weiter in die Höhe. Nach der 1-Gbit/s-Marke im Jahr 2006 tauchen am fernen Horizont bereits die magischen 10 Gbit/s auf. Das Kupferkabel gewinnt dabei als Übertragungsmedium an Bedeutung. Damit gehen auch die intelligenten „In-Service“-Diagnose-Systeme einher, die die Übertragungseigenschaften des Kabels ständig überwachen, Verschlechterungen zum Teil kompensieren und sich abzeichnende Ausfälle rechtzeitig melden

Gerade haben die Premium-Hersteller mit großem Aufwand die Entwicklung erster Infotainment-Systeme mit voller HD-Auflösung abgeschlossen, da legt die Konsumgüterindustrie die Latte für Auflösung und Bildqualität erneut höher.

So kamen Ultra-High-Definition-TV-Geräte (UHD) in den Formaten 55 bis 65 Zoll auf den Markt, die mit einem so genannten 4K-Display ausgestattet sind. Mit 3.840 × 2.160 Pixel haben sie eine extrem hohe Auflösung, das Vierfache im Vergleich zu heutigen Full-HD-Geräten mit 1.920 × 1.080 Pixel. Der UHD-Standard sieht zudem bei den Farben statt bisher 8 bit/Pixel bis zu 12 bit/Pixel vor, so dass der Farbraum deutlich erweitert wird: Farbbilder, die mit modernen 10+-Megapixel-Digitalkameras aufgenommen werden, können auf diesen 4K-Displays erstmals ohne Abstriche in ihrer vollen Farbtiefe wiedergegeben werden und wirken fast wie „zum Anfassen“ real (Bild 1 und 2). Zwar gibt es derzeit keine Abspielgeräte und Medien für Filme in UHD, aber das Interesse an UHD ist groß.

Die 4K-Geräte verfügen über intelligente Upscaler, die auf DVD oder Blu-ray Disc gespeicherte Full-HD-Filme bereits sehr wahrheitsgetreu in 4K-Auflösung simulieren können. Entsprechend optimistisch ist die Unterhaltungsindustrie, dass die hohe Bildqualität dieser 4K-TV-Geräte den Verbrauer überzeugen wird, und setzt daher auf die Ultra-HD-Technik.

Datenflut im Fahrzeug nimmt zu

Ist aber so eine enorm hohe Auflösung auch bei den kleinen Display-Formaten im Fahrzeug überhaupt sinnvoll? Die Premium-Hersteller sind hier realistisch: Wie bei den Full-HD-Displays, die jetzt auf breiter Front Einzug halten, wird es auch bei den UHD-Displays nur eine Frage der Zeit sein, bis diese ihren Weg ins Fahrzeug finden. So planen erste Premium-Hersteller deren Einsatz bereits ab dem Modelljahr 2018/2019. Damit stehen die Entwickler von Infotainment-Systemen vor neuen großen Herausforderungen. Ist es heute bereits eine anspruchsvolle Aufgabe, Full-HD-Formate im Fahrzeug zuverlässig und EMV-gerecht bei Datenraten im Bereich 3 Gbit/s zu übertragen, werden es bei UHD je nach Implementierung bis zu 10 Gbit/s und darüber sein.

Darüber hinaus tun die Anforderungen künftiger Fahrerassistenzsysteme ihr Übriges, um diese Flut von Pixeldaten im Fahrzeug weiter nach oben zu treiben. Nach den Megapixel-Sensoren der ersten Generation kommen nicht nur immer bessere Sensoren mit höherer Auflösung und Refresh-Rate auf den Markt. Für den „digitalen Außenspiegel“ reichen den ersten Fahrzeugherstellern die bisherigen 30 Bilder pro Sekunde (frames per second, fps) nicht mehr aus. Sie fordern deshalb für neue Systeme bereits 60 fps. Darüber hinaus soll durch den gleichzeitigen Einsatz von zwei Sensoren via Stereokamera ein räumlicher Eindruck wie beim echten Außenspiegel geschaffen werden, der so mit einem Ein-Sensor-Spiegel nicht realisierbar ist. Analog zu den neuen 4K-Displays bedeutet das hier ebenfalls eine Vervierfachung des Datenaufkommens.

Kupfer- oder Fiberoptik?

Da stellt sich natürlich die Frage, ob bei dieser Datenflut eine Übertragung über Kupferkabel überhaupt noch sinnvoll ist. Bereits vor 20 Jahren wurde dem Kupferkabel für die damals schon absehbaren Gigabit-Datenraten das Ende vorausgesagt. Es war unvorstellbar, damit hohe Frequenzen im Fahrzeug EMV-gerecht übertragen zu können. Die Experten waren sich damals einig, dass dies nur mit Fiberoptikkabel funktionieren kann. Doch sie sollten hier nicht Recht behalten. Die generell höheren Kosten durch die Vielzahl von Elektro/-Opto-Wandlern, Alterungseffekte der Laserdioden, Einschränkungen bei der Verlegung (Biegeradien) der Optikkabel und kurioserweise auch EMV-Probleme durch die Kunststoffauslässe der Optikmodule in den ansonsten voll geschirmten Blechgehäusen waren dafür verantwortlich, dass die Fiberoptik ins Abseits geriet.

Gleichzeitig entwickelte sich das Kupferkabel weiter: Verbesserte Schirmkonzepte gepaart mit differenzieller Übertragungstechnik sorgen bei hohen Datenraten für die notwendige EMV. Zudem ließen die ständig steigenden Stückzahlen bei dem hier quasi-standardisierten Shielded-Twisted-Quad- (STQ)High-Speed-Datenkabel die Preise deutlich sinken.

Vor allem aber wurden auch die Gigabit-Link-Bausteine immer „kabelfreundlicher“: Sie können heute durch ausgeklügelte Line Codes das Gigabit-Signal so intelligent codieren, dass das Signalspektrum praktisch unabhängig vom Bildinhalt ist und gleichmäßig über einen weiten Frequenzbereich verteilt wird, so dass keine Störspektren mit einzelnen, energiereichen Peaks entstehen. Durch eine umfangreiche Signalkonditionierung können sie darüber hinaus die bei höheren Frequenzen unweigerlich stärker auftretenden Dämpfungsverluste des Kupferkabels so kompensieren, dass die Daten mit optimalem Pegel und höchster Signalintegrität übertragen werden (Bild 3).