軌道電路監測高帶寬通信應用場景
軌道電路由鋼軌線路和鋼軌絕緣構成的電路，用于自動、連續檢測這段線路是否被機車車輛占用，也用于控制信號裝置或轉轍裝置，以保證行車安全的設備。 整個軌道系統路網依適當距離區分成許多閉塞區間，各閉塞區間以軌道絕緣接頭區隔，形成一獨立軌道電路，各區間的起始點皆設有信號機(色燈式信號機)，當列車進入閉塞區間后，軌道電路立即反應，并傳達本區間已有列車通行，禁止其他列車進入的訊息至信號機，此時位于區間入口的信號機，立即顯示險阻禁行的信息。
軌道電路的另一個重要作用是能發現鋼軌發生斷裂。在充當導線的鋼軌安全無事時，軌道電流暢通無阻，繼電器工作也正常。一旦前方鋼軌折斷或出現阻礙，切斷了軌道電流，就會使繼電器因供電不足而釋放銜鐵接通紅色信號電路。此時，線路雖然空閑，信號機仍然顯示紅燈，從而防止列車顛覆事故。
隨著各種軌旁監測系統的增加，對軌旁數據通信的傳輸能力、供電能力、實施便利度等方面提出了更高的要求。 基于鐵路信息安全管理的基本要求，軌道電路監測系統的數據通信一般采用與外網物理隔離的有線通信方式，但由于室內外之間的電纜資源極為緊張，難以為各個監測系統分別提供獨立的數據傳輸通道，為實現設備狀態提供可靠依，我司提供一個通用化的軌道電路監測系統數據通信與供電的實施方案，以實現軌旁纜線資源的共享。
應用情景
傳統BPLC / SHPLC兩芯電力線載波組網
通常軌道電路應用情境比較集中，要求的通信距離不會太遠，帶寬也不會太高，在既有 2 芯銅線情況下，可以直接套用SHPLC電力線載波組網方案：
圖一：SHPLC 電力線載波組網拓樸圖
由于軌道電路監測數據的傳輸高度依賴既有電纜，而傳統的電力線載波存在低頻通信距離夠但帶寬不夠，高頻通信帶寬夠但通信距離不夠的天然矛盾點。我們特別研制了一項基于BPLC的多頻可調手拉手組網電力線載波通信方案。
該通信方案兼顧通信距離長和帶寬高的優勢，通過特有的可調頻技術，可實現兩線供電和數據同傳的優點，避開因調制頻率相同或疊加產生的回波抵消和信道資源不夠的缺陷。
傳統的兩芯電力線載波組網的優點和限制：
| 傳統兩芯電力線載波的優點 | 傳統兩芯電力線載波的限制 |
|---|---|
| 相比xDSL + BPLC四線組網，該組網在兩芯線纜上實現了數據傳輸 + 供電 | 信號衰減與干擾問題：電力線本身不是為通信設計的物理介質，道岔區域的線路接頭多，會導致載波信號衰減；同時電力線上可能疊加電機啟動、雷電浪涌等干擾，會影響數據傳輸的正確率；組網采用寬帶載波技術，多路通信匯聚線纜后進入站場機房，無有效隔離屏蔽，高頻信號容易串網；相同載波頻譜信號容易串擾，甚至掉線 |
| 相對NPLC有更高帶寬，NPLC帶寬相對低，無法滿足圖片視頻等大數據的傳輸 | |
| 采用OFDM調制技術，具備自動組網，信道干擾自動躲避原理，無需點名輪詢，時延低 | 連接距離受限制：雖然SHPLC使用調節過的頻譜，帶寬隨著機房到節點的距離增加而下降，在不可抗拒突發干擾下，要有效保障信號穏定、帶寬和連接距離必須取得平衡，建議機房到首個節點的距離控制在1.5km以內為宜，環境好的場景可以延長到2.0km；就算使用以太網級聯連接其他載波網絡，而級聯后的節點也只能在3.0km內 |
| 該技術施工簡單，設備形態靈活，適用于既有線道岔、缺口監測和25Hz軌道電路 |
表一：BPLC / SHPLC 電力線組網的優點和限制
從BPLC到SHPLC以致混合組網，我司專注于鐵路軌傍通信產品研發和應用已經非常完整和覆蓋絕大部份的應用范圍，改良的SHPLC電力線載波組網技術能大大提升了連接距離和穏定性，加上使用SHPLC終端以太網接口級聯連接現有載波網絡，使得距離3.0km內的終端節點都能連接上，但兩個網絡使用不同但相似的頻譜，如果之間沒有有效的管理協議，兩者的頻譜會互相干擾，甚至不能共享，這個現象在我司改良SHPLC組網時就已經發現。
我們定位在最新一代的BPLC芯片，它的特點是可以調節頻道，選擇不同頻譜和頻寬作為載波信號，加上它的內部信號協議和管理軟件，使得兩個不同頻道的信號互相的干擾大大減低，因此我司推出了可調頻載波技術及應用方案
可調頻電力線載波混合組網技術
圖二：可調頻電力線載波組網拓樸圖
核心組網結構與工作原理
核心架構：可調頻載波混合中繼器
可調頻載波混合中繼器是技術的核心設備，其核心功能是實現“不同頻道級聯、以太網橋接轉發”：
l 中繼器前端口集成頻道A的載波終端模塊，對接上一級電力線的同頻載波信號，完成數據解調后通過以太網口輸出；
l 中繼器后端口集成頻道B的載波局端模塊，將解調后的數據重新調制到頻道B的載波上，再注入下一級電力線傳輸；
l 設備支持即插即用級聯，可根據傳輸距離需求靈活疊加，通過前后段不同頻道配置實現信號無干擾接力傳輸。
技術優勢
與傳統固定頻道BPLC、傳統中繼方案相比，可調頻載波混合組網技術具有三大核心優勢：
l 突破長距離傳輸瓶頸：通過不同頻道中繼接力，將BPLC有效傳輸距離延長至30km，完全覆蓋國鐵/城軌兩個相鄰集中站之間的區間距離，滿足絕大多數鐵路沿線監測場景的需求；
l 從根源抑制級聯干擾：傳統同頻中繼方案在級聯時，信號會產生同頻自干擾，每一級中繼都會放大噪聲，誤碼率隨級聯次數快速上升；而可調頻方案采用相鄰段不同頻道傳輸，通過頻分復用從物理層面隔離了不同段的信號干擾，即使多級級聯后系統誤碼率低、傳輸穩定，可靠性高；
l 低成本適配既有改造：全程復用道岔既有供電電力線，僅需部署少量中繼設備，改造成本僅為全光纖方案的20%-30%，不需要申請大型施工天窗，對正常運營影響極小，是既有線監測升級的最優性價比方案；
l 組網靈活適配需求：支持根據實際傳輸距離靈活配置中繼節點數量，可從3km的短距離站場到30km的長區間自由適配，兼容不同規模的改造項目。
典型鐵路應用場景
| 應用情景 | 具體組網配置 |
|---|---|
| 相鄰站區間道岔工況監測傳輸 | 針對兩個集中站之間的區間分散道岔監測，可調頻載波混合組網技術可直接復用區間貫通的電力線，實現所有道岔采集數據到中心機房的穩定傳輸，不需要額外鋪設光纜，解決了區間布線難、成本高的痛點。 |
| 非集中站到集中站監測數據回傳 | 非集中站普遍存在通信芯線不足的問題，通過可調頻載波混合組網技術，可沿既有電力線將非集中站所有道岔監測數據回傳至集中站，僅占用機房1個以太網端口，資源復用率極高。 |
| 鐵路沿線戶外設備狀態監測 | 除道岔外，可調頻載波混合組網技術還可用于沿線軌旁信號機、轉轍機、接觸網支柱等設備的狀態監測數據傳輸，所有節點均可通過電力線載波接入，實現“供電+通信”二合一，大幅簡化了戶外監測系統的部署。 |
可調頻載波混合組網技術可用于沿線軌旁同纜電力線不同頻道載波級聯拓撲，適配鐵路沿線站場外軌道電路監測（區間軌道電路監測），典型組網結構如下：
圖三：可調頻電力線載波遠距離通信組網拓樸圖
中心局端：部署在機房，配置主載波局端模塊，工作在頻道A，負責匯聚所有下級節點的監測數據，上傳至上位機監測平臺；
混合中繼級聯段：沿鐵路電力線每約2.0km部署一臺可調頻載波混合中繼器，每級中繼器上下行工作使用不同頻道載波傳輸級數據，上行工作和前一級下行使用相同頻道，各級之間載波頻點完全錯開；
終端采集節點：道岔采集節點配置對應連接頻道的載波終端，直接將傳感器采集的工況數據調制到電力線，通過多級中繼接力傳輸至中心局端。
拓撲特點：整體基于現有電力線傳輸，不需要額外敷設通信線纜，中繼節點僅需取電即可部署，擴容新增節點僅需在鏈路中疊加新的中繼器，無需改造原有鏈路。
應用總結
傳統電力線載波技術在鐵路軌旁監測應用中面臨兩大痛點：一是單段傳輸距離受限，長距離傳輸信號衰減嚴重；二是多段級聯時同頻載波信號相互干擾，誤碼率隨級聯次數指數上升，無法滿足鐵路沿線長距離、分散節點的通信需求。
可調頻載波混合組網技術，針對鐵路既有線改造“布線難、成本高、距離長”的核心痛點，在完全復用既有電力線資源的前提下，實現了30km穩定可靠的數據傳輸，填補了傳統BPLC長距離傳輸的技術空白，為鐵路軌旁監測物聯網建設提供了一種“低成本、快部署、高可靠”的通信解決方案，這個方案能夠真正做到兩芯線纜上實現了供電和數據傳輸組網，同時能夠延長連接距離、保持帶寬、數據穏定傳輸，尤其適合既有線智能化升級改造項目，具備廣闊的推廣應用前景。