轨道电路由钢轨线路和钢轨绝缘构成的电路，用于自动、连续检测这段线路是否被机车车辆占用，也用于控制信号装置或转辙装置，以保证行车安全的设备。 整个轨道系统路网依适当距离区分成许多闭塞区间，各闭塞区间以轨道绝缘接头区隔，形成一独立轨道电路，各区间的起始点皆设有信号机(色灯式信号机)，当列车进入闭塞区间后，轨道电路立即反应，并传达本区间已有列车通行，禁止其他列车进入的讯息至信号机，此时位于区间入口的信号机，立即显示险阻禁行的信息。

轨道电路的另一个重要作用是能发现钢轨发生断裂。在充当导线的钢轨安全无事时，轨道电流畅通无阻，继电器工作也正常。一旦前方钢轨折断或出现阻碍，切断了轨道电流，就会使继电器因供电不足而释放衔铁接通红色信号电路。此时，线路虽然空闲，信号机仍然显示红灯，从而防止列车颠覆事故。

随着各种轨旁监测系统的增加，对轨旁数据通信的传输能力、供电能力、实施便利度等方面提出了更高的要求。 基于铁路信息安全管理的基本要求，轨道电路监测系统的数据通信一般采用与外网物理隔离的有线通信方式，但由于室内外之间的电缆资源极为紧张，难以为各个监测系统分别提供独立的数据传输通道，为实现设备状态提供可靠依，我司提供一个通用化的轨道电路监测系统数据通信与供电的实施方案，以实现轨旁缆线资源的共享。

应用情景

传统BPLC / SHPLC两芯电力线载波组网

通常轨道电路应用情境比较集中，要求的通信距离不会太远，带宽也不会太高，在既有 2 芯铜线情况下，可以直接套用SHPLC电力线载波组网方案：

图一：SHPLC 电力线载波组网拓朴图

由于轨道电路监测数据的传输高度依赖既有电缆，而传统的电力线载波存在低频通信距离够但带宽不够，高频通信带宽够但通信距离不够的天然矛盾点。我们特别研制了一项基于BPLC的多频可调手拉手组网电力线载波通信方案。

该通信方案兼顾通信距离长和带宽高的优势，通过特有的可调频技术，可实现两线供电和数据同传的优点，避开因调制频率相同或叠加产生的回波抵消和信道资源不够的缺陷。

传统的两芯电力线载波组网的优点和限制：

表一：BPLC / SHPLC 电力线组网的优点和限制

从BPLC到SHPLC以致混合组网，我司专注于铁路轨傍通信产品研发和应用已经非常完整和覆盖绝大部份的应用范围，改良的SHPLC电力线载波组网技术能大大提升了连接距离和穏定性，加上使用SHPLC终端以太网接口级联连接现有载波网络，使得距离3.0km内的终端节点都能连接上，但两个网络使用不同但相似的频谱，如果之间没有有效的管理协议，两者的频谱会互相干扰，甚至不能共享，这个现象在我司改良SHPLC组网时就已经发现。

我们定位在最新一代的BPLC芯片，它的特点是可以调节频道，选择不同频谱和频宽作为载波信号，加上它的内部信号协议和管理软件，使得两个不同频道的信号互相的干扰大大减低，因此我司推出了可调频载波技术及应用方案

可调频电力线载波混合组网技术

图二：可调频电力线载波组网拓朴图

核心组网结构与工作原理

核心架构：可调频载波混合中继器

可调频载波混合中继器是技术的核心设备，其核心功能是实现“不同频道级联、以太网桥接转发”：

l   中继器前端口集成频道A的载波终端模块，对接上一级电力线的同频载波信号，完成数据解调后通过以太网口输出；

l   中继器后端口集成频道B的载波局端模块，将解调后的数据重新调制到频道B的载波上，再注入下一级电力线传输；

l   设备支持即插即用级联，可根据传输距离需求灵活叠加，通过前后段不同频道配置实现信号无干扰接力传输。

技术优势

与传统固定频道BPLC、传统中继方案相比，可调频载波混合组网技术具有三大核心优势：

l  突破长距离传输瓶颈：通过不同频道中继接力，将BPLC有效传输距离延长至30km，完全覆盖国铁/城轨两个相邻集中站之间的区间距离，满足绝大多数铁路沿线监测场景的需求；

l  从根源抑制级联干扰：传统同频中继方案在级联时，信号会产生同频自干扰，每一级中继都会放大噪声，误码率随级联次数快速上升；而可调频方案采用相邻段不同频道传输，通过频分复用从物理层面隔离了不同段的信号干扰，即使多级级联后系统误码率低、传输稳定，可靠性高；

l  低成本适配既有改造：全程复用道岔既有供电电力线，仅需部署少量中继设备，改造成本仅为全光纤方案的20%-30%，不需要申请大型施工天窗，对正常运营影响极小，是既有线监测升级的最优性价比方案；

l  组网灵活适配需求：支持根据实际传输距离灵活配置中继节点数量，可从3km的短距离站场到30km的长区间自由适配，兼容不同规模的改造项目。

典型铁路应用场景

可调频载波混合组网技术可用于沿线轨旁同缆电力线不同频道载波级联拓扑，适配铁路沿线站场外轨道电路监测（区间轨道电路监测），典型组网结构如下：

图三：可调频电力线载波远距离通信组网拓朴图

中心局端：部署在机房，配置主载波局端模块，工作在频道A，负责汇聚所有下级节点的监测数据，上传至上位机监测平台；

混合中继级联段：沿铁路电力线每约2.0km部署一台可调频载波混合中继器，每级中继器上下行工作使用不同频道载波传输级数据，上行工作和前一级下行使用相同频道，各级之间载波频点完全错开；

终端采集节点：道岔采集节点配置对应连接频道的载波终端，直接将传感器采集的工况数据调制到电力线，通过多级中继接力传输至中心局端。

拓扑特点：整体基于现有电力线传输，不需要额外敷设通信线缆，中继节点仅需取电即可部署，扩容新增节点仅需在链路中叠加新的中继器，无需改造原有链路。

应用总结

传统电力线载波技术在铁路轨旁监测应用中面临两大痛点：一是单段传输距离受限，长距离传输信号衰减严重；二是多段级联时同频载波信号相互干扰，误码率随级联次数指数上升，无法满足铁路沿线长距离、分散节点的通信需求。

可调频载波混合组网技术，针对铁路既有线改造“布线难、成本高、距离长”的核心痛点，在完全复用既有电力线资源的前提下，实现了30km稳定可靠的数据传输，填补了传统BPLC长距离传输的技术空白，为铁路轨旁监测物联网建设提供了一种“低成本、快部署、高可靠”的通信解决方案，这个方案能够真正做到两芯线缆上实现了供电和数据传输组网，同时能够延长连接距离、保持带宽、数据穏定传输，尤其适合既有线智能化升级改造项目，具备广阔的推广应用前景。