第6讲 车地通信技术

在数字编码式轨道电路中，由于信号频率（载频）受到 铁质钢轨的限制，不可能采用较高频率，所以信息传输 的数码率也很低。这种限制对于时速不高的城市轨道交 通来说，影响并不很大。
在较低的成本和较少的维修方面，它又具有明显的优点。 所以，基于数字编码式轨道电路的ATC系统在近年被城市 轨道交通所普遍采用。
可变数据应答器：也称有源型查询应答器。应答器本身具 备电源，所以它存储的信息是可变的，相当于计算机存储 系统中RAM类型。因此当查询器与应答器耦合谐振时，立 即发出了应答器内部已存储好的随机信息。可提供实时信 息，如股道号、进出站、通过等。
应答器传输系统
由地面应答器、车载查询 器和查询器主机组成。
地面电子单元（LEU）原理
地面电子单元（LEU）由数据采集电路、控制电路 （CPU）、滤波放大电路组成。采用双机校核
。
应答器报文举例
线路坡度
序 号 变量名 NID_PACKET Q_DIR 1 L_PACKET 13
【ETCS-21】
位 数 8 2 说明 信息包标识码=0001 0101 验证方向 （00=反向，01=正向，10=双向，11=备用）
车载接收天线
+
2
发送环节
GJ 1
接收环节
+
GJ
（ b）
数字编码式音频轨道电路的车地通信
接通ATC电码即用ATC电码对音频信号进行调制，这 种数字编码信息在轨道中以200 bit/s的速率传输。 位于钢轨上方，安装于列车第一轮轴前方的机车天线通 过感应将沿钢轨传输的数码信息送上机车（或动车组） 装置，完成了地面－车上的信息传输。
地面应答器及车载天线实用性强，可在各种气候下使用。
使用寿命长，基本无需维护，可节约维修资金。 电磁场稳定，可以获得高质量的传输效果。 一次性投资可服务于多种运用，实现少投入、多产出，经 济效益显著。
查询应答器分类
固定数据应答器：也称无源型查询应答器。存储一个可再
编程的报文并将其传输给通过列车。无需安装电缆或者其 他设备。相当于计算机存储系统中ROM类型。其信息一旦 固定在应答器后，只能原封不动地读出，不可改变。可提 供诸如里程标、区间长度、限速值、坡道值等信息。
Q_SCALE
D_GRADIENT Q_GDIR
2
15 1 8 5 15 1 8
2
G_A N_ITER D_GRADIENT(k) 3 Q_GDIR(k) G_A(k)
应答器报文举例---线路速度
序号 变量名 NID_PACKET 1 Q_DIR L_PACKET Q_SCALE D_STATIC V_STATIC Q_FRONT 2 N_ITER NC_DIFF(n) V_DIFF(n) N_ITER 5 4 7 5 位数 8 2 13 2 15 7 1
数字编码式音频轨道电路的结构
1
2
3
4
5
7
6
1－音频发生器 4－解调器
2－脉码调制器
3－接收电平调节器 7－电源。
5－比较器
6－ 比特模式预置器
数字编码式音频ຫໍສະໝຸດ Baidu道电路工作原理
音频发生器由标准石英振荡器组成，产生9.5 kHz 至16.5 kHz 8种标准频率（频差为1kHZ）中的任何一种。
脉码调制器按一定的比特模式对音频信号进行调制。在德 国西门子公司和美国US&S公司生产的系统中，采用64 Hz 信号作为调制信号。 发送端的比特模式可以由使用者预置（例如111100）。接 收器所收到的信号经电平调节器（根据现场的具体情况， 如区段长度、漏泄电阻大小等来进行调节）形成一定的电 平值送至解调器。在比特模式预置器中，事先预置与发送 端相同的比特模式（例如111100）。 当经过解调器输出的比特模式与预置器的比特模式一致时， 比较器的输出导致轨道继电器GJ吸起，给出轨道区段空闲 的通报。
D_STATIC(k)
V_STATIC(k) 3 Q_FRONT(k) N_ITER(k) NC_DIFF(k,m) V_DIFF(k,m)
15
7 1 5 4 7
到下一个速度变化点的距离增量
线路最大允许列车运行速度（分辨率=5km/h） 允许运行速度对车头尾的有效性 包含列车类型的数量 列车类型（0000=主动摆式，0001=被动摆式，0010=对交叉风敏感 的） 列车最大允许运行速度（分辨率=5km/h）
应答器系统工作原理
无源应答器原理：无源应答器主要由能量转换电路、 频率合成器、信息贮存电路组成。
无源应答器原理
车载天线向地面连续辐射27.095MHz的高频电磁能量，地面 无源应答器的高频界面一旦接收到电磁能量后立即激活工 作，ROM区的数据经过时钟控制电路，送往频率合成器，由 频率合成器产生相位连续的FSK数据载频信号，再经高频界 面将信号向机车天线传送。 整个工作过程，构成了完善的数字调频系统，特别是应答 器中的专用电路“频率合成器”，它既保证了频点的准确 性，又保证了FSK的相位连续性。
无源应答器的频率与机车能量发送器同步，其稳定度为 1×10-6；应答器启动时间为0.3ms；无源应答器所需要的 最小工作能量为30mw，而应答器与机车天线相互垂直作用 时，最大可得到400mw的能量。
有源应答器原理
有源应答器的设计与无源应答器相似，但数据来 自于地面电子单元（LEU）。 当地面电子单元（LEU）与有源应答器连接故障时，有源 应答器可切换到无源工作模式，即当接收到车载天线发送 的能量时，可提供存储的缺省报文。
音频轨道电路常用频率
为了防止相邻轨道电路之间的串音，应有多种频率 供选择，以使相邻轨道电路间的传输频率尽可能有较大 差别。 目前欧美各国大多采用9.5kHz至16.5kHz作为轨道电路的 传输频率。具体说，有下列八种频率可供选用：9.5kHz, 10.5kHz, 11.5kHz, 12.5kHz， 13.5kHz, 14.5kHz, 15.5kHz, 16.5kHz。如我国上海地铁二号线、广州地铁 一号线均采用这个频率。
法国ALSTOM的DTC921数字无绝缘轨道电路，以频率划分 各段轨道电路，其工作频率为：9.5 kHz，11.1 kHz， 12.7 kHz，14.3 kHz， 15.9kHz，17.5kHz，19.1kHz， 20.7kHz。上海城市轨道交通3号线采用此频率。
音频轨道电路的自动调谐
由于各轨道区段采用不同的频率，于是就产生了一个 问题：车载装置如何自动适应所在轨道电路的传输频率？
2、基于数字音频轨道电路的连续式通信
音频无绝缘数字轨道电路和绝缘轨道电路相比较， 具有较明显的优点。无绝缘接头大大提高了轨道电路的可 靠性，在长轨区段安装时不用锯轨，在电化轨道区段降低 了轨道电路的不平衡系数，改善了钢轨线路的运营质量。 无绝缘音频轨道电路还具有向车载设备传输报文信息的功 能，从而使轨道电路既具有检查轨道占用、空闲状态的功 能，同时还具有传输信息功能。 目前得到较为广泛使用的几种音频无绝缘数字轨道电路分 别有德国SIEMENS公司的FTGS轨道电路，法国ALSTOM公司 的SDTC/DTC921轨道电路以及美国US&S公司的AF-904轨道 电路。这几种轨道电路也分别在我国的广州、上海等城市 的地铁中得到了应用。
信息包位数
距离/长度的分辨率 （00=10cm，01=1m，10=10m） 到下一个坡度变化点的距离 坡度识别（0=下坡或平坡，1=上坡） 安全坡度（分辨率=1‰，最大=254‰） （255=非数字值，告知当前坡道的描述在 D_GRADIENT(n)结束） 包含坡度变化点的数量 到下一个坡度变化点的距离增量 坡度识别（0=下坡或平坡，1=上坡） 安全坡度（分辨率=1‰，最大=254‰）
接收器 1
分线盒
逻辑单 元
接收器 2
自动调谐的实现
n f1 接收器1 f1 接收器2 f2
n+1 f2
n+2 f3
n+3 f4
f3
f3
f4
f2
f4
f4
3、基于无线局域网（WLAN）的连续式通信
无线局域网，也被称为WLAN。它是利用射频RF （Radio Frequency）技术，取代双绞铜线所构成的局域
无线局域网架构
ISA卡
PCMCIA卡
IEEE802.11
到WAN的 网关 接入点 服务器
IEEE802.3
接入点
IEEE802.3
网络打印机 工作站 服务器
无线局域网的传输方式
WLAN的传输方式包括WLAN采用的传输媒介、选择的 频段以及调制方式。 目前WLAN采用的传输媒介主要有两种，即微波与红外线。 采用微波作为传输媒介的WLAN技术根据调制方式不同，又 可分为扩频方式与窄带调制方式。 采 用 扩 频 方 式 的 WLAN 一 般 选 择 ISM （ Industrial ，


应答器向经过列车发送数 据报文。每条报文至少都 含有唯一的标记，可使列 车确定它在线路上的绝对 位置。 报文是在列车经过应答器 时传送的。应答器车载天 线激活应答器传输报文。 车载查询器使用激活的能 量通过数据总线将报文传 输至车载计算机。
应答器系统工作原理
电磁感应原理 车载天线与应答器之间是 按电磁耦合的原理工作的。 当能量频率≤30MHz，电场 起着次要作用 ，磁场起着 主导作用。 对无源应答器来说，系统 的供电必须从感应电压获 得。在频率、线圈结构一 定的条件下，可计算出应 答器临界动作的最小磁场 强度，进而估算出天线发 射功率。
网络。可用于传输数据、话音和视频信号。
最近10年，CBTC成为许多地铁、轻轨项目中列控系统的 解决方案，并出现了使用频点开放、标准公开(IEEE 802.11等)的无线局域网（WLAN）作为无线数据传输系 统的CBTC系统。 无 线 局 域 网 由 无 线 网 卡 、 无 线 接 入 点 AP （ Access Point）、计算机和有关设备组成。采用单元结构，将 整个系统分成许多单元，每个单元称为一个基本服务组 （BSS）。
数字编码式音频轨道电路的车地通信
轨道区段无车占用时，给出轨道区段空闲通报。
+
2 发送环节 GJ 1 接收环节
+
GJ （ a）
1－轨道电路电码
2－ATC电码
数字编码式音频轨道电路的车地通信
轨道区段有车占用时，一方面给出轨道区段占用的 通报，另一方面接通ATC电码发送，实现车地间信息传输。
列车运行方向
Scientific，Medical）频段，即许多工业、科研和医疗设
备所使用的频段。
无线局域网的传输方式
欧洲、美国和日本的无线管理机构都分别设置了各 自的ISM频段，如美国的ISM频段由902～928MHz、2.4～ 2.484GHz和5.725～5.850 GHz三个频段组成。 窄带调制方式占用频带更少，频带利用率更高。采用窄带 调制方式的WLAN一般选用专用频段，需要经过国家无线电 管理部门的许可方可使用。 作为WLAN的另外一种传输方式，红外线方式的最大优点是 这种传输方式不受无线电干扰，并且红外线的使用不受国 家无线电管理委员会的限制。 红外线对非透明物体的穿透性能极差，这导致传输距离受 到限制。
【ETCS-27】
说明
信息包标识码=0001 1011 验证方向（00=反向，01=正向，10=双向，11=备用） 信息包位数 距离/长度的分辨率（00=10cm，01=1m，10=10m） 到下一个速度变化点的距离 线路最大允许列车运行速度（分辨率=5km/h） 允许运行速度对车头、车尾的有效性 （0=尾有效，如：进入升速区段；1=头有效，如：进入降速区段） 包含列车类型的数量 列车类型（0000=主动摆式，0001=被动摆式，0010=对交叉风敏感 的） 列车最大允许运行速度（分辨率=5km/h） 包含速度变化点的数量
已有很大改善，适应国内运用情况，达到了实用化的要求。
在列控系统中应用较为广泛。 应答器传输系统是基于感应耦合和移频键控技术的系统。
查询应答器特点
具有无线车地数据传输功能，适用于各种线路条件。 性能与功能具有广泛适应性和扩展性。既可用于一般线路 或高速铁路，也可用于城市轨道交通。 地面设备易于安装，不影响工务设备的正常使用。
城市轨道交通中的车-地 通信技术
主讲人：刘晓娟
Contents
1 3
基于查询应答器的点式通信
2
基于数字音频轨道电路的连续式通信
3
基于无线局域网的连续式通信
1、基于查询应答器的点式通信
铁路系统中的查询应答器是地面与机车之间进行短程无线
信息传输的装置。
20世纪90年代，欧洲各国逐步建立了统一标准的查询应答 器系统（EUROBALISE）。目前我国正在按照欧洲标准进行 查询应答器的研究开发工作。 目前查询应答器系统在可用性、可靠性、可维护性等方面