应答器设备技术规范(征求意见稿)A1.docx

应答器设备技术规范
(征求意见稿)

2007年7月29日

应答器设备技术规范（征求意见稿）
1　 范围
本标准规定了应答器设备基本功能、技术要求。
本标准适用CTCS-1～4各级列车运行控制系统。
本标准适应列车最高运行速度300km/h。
2　 引用标准
TB/T3021-2001铁道机车车辆电子装置
ERTMS-EUROSIG/WP3.1.2.3/ABB007
ERTMS-EUROSIG/WP3.1.2.3/ABB020
ERTMS-EUROSIG/WP3.1.2.3/ABB009
Unisig Subset-036 v2.2.2 FFFIS FOR Eurobalise
Unisig Subset-085;Test Specification for Eurobalise FFFIS
欧洲电信标准研究所制定的EN300330、EN300220、EN300440、EN50121、EN50122、EN50125、EN50129标准
3　 设备功能
应答器设备由地面、车载两部分设备构成。
3.1　 地面设备
应答器地面设备包括：地面无源应答器、地面有源应答器、与地面有源应答器连接的地面电子单元（LEU）。
3.1.1　 地面应答器
3.1.1.1　 地面应答器是一种可以发送数据报文的高速数据传输设备。
3.1.1.2　 地面应答器应能提供上行数据链路，实现地对车的数据传输。
3.1.1.3　 地面应答器分地面无源应答器和地面有源应答器两种类型，地面无源应答器只能发送固定的数据报文，地面有源应答器与地面电子单元（LEU）相连接时能发送实时可变的数据报文。
3.1.1.4　 地面应答器存储的数据报文可以得到检查。
3.1.1.5　 修改地面应答器存储的数据报文时需有严格的授权。
3.1.2　 地面电子单元（LEU）
地面电子单元（简称LEU）是一种数据采集与处理单元，当有数据变化时，LEU依据变化后的数据形成报文并送给地面有源应答器进行发送，同时LEU应具有接收外部数据报文，并向地面有源应答器进行发送的功能，即报文透明传输功能。
3.1.2.1　 一个LEU可同时向4个地面有源应答器发送4种不同数据报文。
3.1.2.2　 列车接近地面有源应答器时，LEU发送的数据报文应保持不变。
3.1.2.3　 LEU应能实时监测与地面有源应答器间信息通道的状态，并及时向车站列控中心回送。当LEU与地面有源应答器通信中断时，不应产生危机行车安全的后果。
3.1.2.4　 当外部控制条件无效或通信故障时，LEU应向有源应答器发送默认报文。
3.1.2.5　 LEU存储的数据报文应准确无误。
3.1.2.6　 数据报文正确存放在LEU的相应存储单元中，选择地址线时不得有误，且必须有相应的安全措施。
3.1.2.7　 存储的数据需对随机数据错误有很好的防护，对于可能出现的数据错误应该可以被检测到并得到及时处理，以防危及行车安全。
3.1.2.8　 存储的数据报文可以读出。
3.1.2.9　 修改LEU存储的数据报文需有严格的授权。
3.1.2.10　 当采用报文透明传输方式时，LEU应采取安全措施保证数据接收的正确性，并保证数据报文的时效性。
3.1.3　 地面应答器组
地面应答器按编组形式设置，组内每个地面应答器均发送一组报文，所有报文的综合定义了该地面应答器组所代表的信息含义。组内各地面应答器的信息具有关联关系。
4　 车载设备
应答器车载设备包括：车载天线和车载解码器(BTM)。车载解码器除对应答器报文进行解码还原，还包含载频发生器与功率放大器。
4.1.1　 车载天线
车载天线是一个双工的收发天线，向地面发送激活地面应答器的功率载波、接收地面应答器发送的数据报文。
4.1.2　 车载解码器
4.1.2.1　 车载解码器是用于对地面应答器的数据进行处理的模块，对应答器报文进行解码还原，并传送给列控车载计算机。
4.1.2.2　 载频发生器与功率放大器用于产生激活地面应答器所需的载频能量并通过车载天线传递给地面应答器。
4.1.2.3　 车载解码器用于对地面应答器信息的接收、滤波、数字解调与处理以及相关数据的传输。处理好的数据通过相应的接口“B”，在约定的接口协议下传送至相关的设备，如ATP设备。
5　 数据传输
图1为应答器设备的数据传输结构框图。

列控车载计算机
车载天线
车载解码器
地面应答器
地面电子单元（LEU）
接口“A”
接口“S”
地面列控中心
接口“B”
接口“C”

图1 数据传输结构示意图
无源应答器不与接口“C”连接
5.1　 接口“A”定义；
接口“A”是地面应答器与车载天线设备间的通信接口，其接口定义对确保不同应答器设备间互联互通以及信息传输的高效、安全、可靠具有重要的意义。
应答器与车载设备间的数据传输基于磁耦合原理。
车载天线单元将发射磁场为应答器提供能量（下行链路），当天线单元位于接触区内时，应答器接收此能量，建立工作电源，并发送数据报文（上行链路）。
5.1.1　 应答器下行链路（车→地传输）：
功率载频：27.095MHz±5KHz
当频偏≥10 KHz时，载波噪声<-110dBc/Hz
5.1.2　 应答器上行链路（地→车传输）：
中心频率:4.234MHz±200KHz
逻辑0（fL）时为3.951MHz，逻辑1（fH）时为4.516MHz。
两频率变换时应保持相位连续。
5.1.3　 应答器数据信号调制方式
调制方式：FSK
调制频偏:282.24KHz±5％
平均数据传输速率：564.48±2.5％ kbps
5.1.4　 应答器的带内频率辐射应满足EN300330（1999-05发布）7.2.1.3 表中定义的辐射要求
5.1.5　 应答器的带外频率辐射应满足EN50121-2(Category C, 750 V DC Conductor Rail)第4.1节定义的辐射要求，衰减 6 dB。
5.2　 接口“S”定义
接口“S”是LEU与车站列控中心设备间的通信接口，LEU与车站列控中心设备间应采用RS-422、RS-485、CAN总线、以太网等方式进行连接，或采用继电器输入方式。
5.2.1　 RS-422、RS-485串行通信
5.2.1.1　 采用主从通信方式，LEU为从机。
5.2.1.2　 采用双通道冗余方式
5.2.1.3　 通信波特率：38400bps。
5.2.1.4　 通信协议：FSFB/2（第二代现场总线故障安全通信协议）或其它故障安全通信协议。
5.2.2　 CAN总线
通信协议为：2.OB。
5.2.3　 继电器输入接口
5.2.3.1　 符合铁路信号设备故障安全原则的要求。
5.2.3.2　 输入电压为直流24V。
5.2.4　 其他总线方式。
5.3　 接口“B”定义
接口“B”为车载解码器与列控车载计算机间的通信接口，应采用RS485、CAN总线，或其他串行数据总线方式。
5.3.1　 RS-485
采用主从通信方式，车载解码器为从机。
5.3.2　 CAN总线
通信协议为：2.OB。
5.3.3　 其他总线方式。
5.4　 接口“C”定义
接口“C”是LEU与地面有源应答器间的通信接口，它包含由LEU向地面有源应答器传输数据报文的接口“C1”、地面有源应答器回送的被激活的接口“C4”、LEU向地面有源应答器提供偏置电压的接口“C6”，这三种接口信号同在一对电缆芯线中传输。
接口“C”的传输是透明的。
5.4.1　 传输介质
采用应答器设备专用屏蔽双绞电缆，电缆主要指标如下：
特性
单位
数值
条件
环路阻抗
Ω/km
≤19.8
f=0Hz
分布电容
nF/km
≤42.3

波阻抗
Ω
120±5
f=1.8MHz
衰耗
dB/100m
<0.8
f=1.8MHz

5.4.2　 接口“C1”
5.4.2.1　 编码方式为双相差分电平编码，简称DBPL编码。

图2 DBPL编码
5.4.2.2　 信号幅值:
信号幅值（120Ω阻性负载）
LEU输出端
500m电缆处
最小值
>14Vpp
>8.5Vpp
最大值
<18Vpp
<18Vpp
5.4.2.3　 信号波形要求
接120Ω负载时，传输信号波形符合下面要求：

图3 传输波形要求

参数
LEU输出端
500m电缆处
T
0.5/564.48kHz
0.5/564.48kHz
Tjitter
60ns
120ns
T1
0.6T
0.6T
V1
0.85Vnom
0.70 Vnom
V2
1.15 Vnom
1.15 Vnom

5.4.2.4　 地面有源应答器负载：90Ω<|Z|<150Ω（0.2MHz~0.6MHz）
5.4.2.5　 平均传输速率：564.48Kbit/s
平均传输速率定义为1500连续数据位的持续时间除1500。
5.4.2.6　 平均传输速率精度：误差<±200ppm
5.4.2.7　 地面有源应答器的接收速率与地面电子单元（LEU）发送速率相同。
5.4.2.8　 当有源应答器被激活，在接口“C1”检测不到有效信号时，发送存储的默认报文；一旦开始发送默认报文，即使接口“C1”恢复有效信号，有源应答器也一直发送默认报文。
5.4.3　 接口“C4”
当应答器被激活时，应答器产生瞬间的低输入阻抗，LEU检测到此信号后，在一定时间内不得转换输出报文。
5.4.3.1　 持续时间
200us < t < 350us
5.4.3.2　 应答器输入阻抗
信号触发时，应答器输入阻抗（8.82kHz）: |Z|<15Ω
信号未触发时，应答器输入阻抗（8.82kHz）: 150Ω<|Z|<300Ω
5.4.4　 接口“C6”
5.4.4.1　 信号波形及频率：正弦波，8.820 KHz±0.1KHz
5.4.4.2　 信号幅值

LEU输出端
500m电缆处
信号幅度（170Ω阻性负载）
20.0~23.0Vpp
18.8~21.6Vpp
5.4.4.3　 谐波
二次谐波应<-20dBc，高次谐波应<-40dBc（120Ω阻性负载，0.1~1MHz）。
6　 报文编码
应答器报文编码详见ETCS应答器编/解码策略。
应答器报文分长格式和短格式两种类型。
6.1　 报文格式
6.1.1　 编码方式：BCH循环码
6.1.2　 校验方式：85bit循环冗余（BCH码）
6.1.3　 同步方式：块控制首部（BCH—BlocK Control Header）
6.1.4　 报文码长：长格式1023bit，短格式341bit
6.1.5　 可用码长：长格式830bit, 短格式210bit
6.1.6　 报文结构
1
3
4
5
6
Sd用户报文
Cb控制码
Sb扰码
Esb修整码
BCH校验码
83*11=913 bit或
21*11=231bit
3 bit
12 bit
10 bit
85 bit
6.1.6.1　 用户报文：由基础数据定义的830(210)位应用报文。
6.1.6.2　 Sd用户报文：将用户报文由每10位转换为11位后的sd用户报文
6.1.6.3　 Cb控制码：cb=001
6.1.6.4　 Sb扰码：生成多项式：
选择扰码时应遵循由小到大的原则。
6.1.6.5　 Esb修整码：额外修正数据位，该码根据用户数据来确定。
选择修整码时应遵循由小到大的原则。
6.1.6.6　 BCH校验码：通过计算得到的校验码
6.2　 编码过程
6.2.1　 步骤1：将830(210)位应用报文按每10位分为一组，用一个所有位的函数替换前10位
U’k1 = Ui mod 210
6.2.2　 步骤2：选择12位扰码B，并对830(210)位数据加扰
加扰初始状态：S = (2801775573 · B) mod 232

图4 数据加扰
6.2.3　 步骤3：将加扰后的数据每10位为一组，并查表变换为11位长的字（字母表见附录1）
6.2.4　 步骤4：选择10位修整码
6.2.5　 步骤5：产生85位校验码
校验码定义为：
b84x84+...+b1x+b0 = Rf(x)g(x)[ bn-1xn-1+...+b85x85 ] + o(x)
其中多项式：f(x)、g(x)和o(x)与报文格式有关。
长格式多项式：
fL(x) = x10 + x9 + x7 + x6 + x4 + x3 + x2 + x + 1
gL(x) = x75 + x73 + x72 + x71 + x67 + x62 + x61 + x60 + x57
+ x56 + x55 + x52 + x51 + x49 + x46 + x45 + x44 + x43
+ x41 + x37 + x35 + x34 + x33 + x31 + x30 + x28 + x26
+ x24 + x21 + x17 + x16 + x15 + x13 + x12 + x11 + x9
+ x4 + x + 1
短格式多项式：
f S(x) = x10 + x8 + x7 + x5 + x3 + x + 1
gS(x) = x75 + x72 + x71 + x70 + x69 + x68 + x66 + x65 + x64
+ x63 + x60 + x55 + x54 + x49 + x47 + x46 + x45 + x44
+ x43 + x42 + x41 + x39 + x38 + x37 + x36 + x34 + x33
+ x32 + x31 + x30 + x27 + x25 + x22 + x19 + x17 + x13
+ x12 + x11 + x10 + x6 + x3 + x + 1
6.2.6　 步骤6：条件检查，产生的报文需满足下面全部条件：
6.2.6.1　 条件1：字母表条件：每个11位的字应与附件1字母表相符合；
6.2.6.2　 条件2：同步偏离解析条件：偏离一位时，连续符合字母表条件的码字最多不能超过2个；其它情况下最多不能超过10个；
6.2.6.3　 条件3：汉明距检查(仅适用于长格式报文)，与341位后码字间的汉明距至少为3；与341位后码字偏离1位、2位、3位的汉明距至少为2；
6.2.6.4　 条件4：漏取样检查：系数为2、4、8、16位漏取样时，连续符合字母表条件的码字最多不能超过30个。
7　 技术要求
7.1　 设备技术要求
7.1.1　 接口“A”和“C”的数据传输是透明的，每一数据位的最大延时为10us，误码率应小于10-6。
7.1.2　 应答器分为缩小尺寸应答器和标准尺寸应答器，对于缩小尺寸应答器，其有效基准区为200mmX390mm；标准尺寸应答器有效基准区为358mmX488mm。
7.1.3　 当多个应答器构成应答器组时，ATP可对该应答器组分布式数据进行顺序重组。
7.1.4　 无论列车运行方向如何，ATP均应能接收地面应答器数据信息，并根据应答器顺序确定列车的运行方向。
7.1.5　 从当前应答器传输结束（应答器中心后1m）到其数据信息到达接口“B”的时间延时应小于Tn:
Tn=100+△tn-1 (ms) 其中 △t0=0； t0=0
当tn-1<100+△tn-2时， △tn-1=100+△tn-2- tn-1 否则 △tn-1=0

图5 解码时间要求
7.1.6　 应答器输入输出特性应符合下面指标（包括杂物覆盖和安装架影响）：

图6 应答器输入/输出特性
缩小尺寸应答器输入/输出指标：
Iu1 = 40 mA
Iu2 = 64 mA
Iu3 = 200 mA
Iu3 = 200 mA
非永久毁坏
Fd1= 4.1 nVs
Fd2 = 6.5 nVs
Fd2 = 6.5 nVs
Fd4 = 130 nVs
Fd5 = 250 nVs

标准尺寸应答器输入/输出指标：
Iu1 = 25 mA
Iu2 = 40 mA
Iu3 = 125 mA
Iu3 = 125 mA
非永久毁坏
Fd1= 4.1 nVs
Fd2 = 6.5 nVs
Fd2 = 6.5 nVs
Fd4 = 130 nVs
Fd5 = 250 nVs

7.1.7　 应答器启动传输时间为150us，即当磁通量达到Fd1时，应答器应在150us内开始发送FSK调制数据。
7.1.8　 应答器抗杂物能力，即在应答器上方放置物质而不影响数据传输，见下表。
材料
描述
在应答器上方的厚度(mm)
水
清澈的水
200
含0.5%NaCL(重量)
100
雪
新鲜的雪，0℃
300
部分融化的雪（含水20%）
300
冰
无孔
100
道碴
石头
100
沙
干或湿
20
泥
无盐水
50
含0.5%盐水NaCL（重量）
50
铁矿石
铁燧岩
20
磁铁矿
20
铁粉
列车制动产生的铁粉
10
煤粉
含8%硫磺
10
油及油脂

50
7.1.9　 应答器最小作用范围：

横向安装
纵向安装
Z=220mm
X=0mm
Y=±200mm
X=0mm
Y=±250mm
X=±250mm
Y=0mm
X=±200mm
Y=0mm
X=±200mm
Y=±150mm
X=±150mm
Y=±200mm
Z=460mm
X=0mm
Y=±350mm
X=0mm
Y=±350mm
X=±350mm
Y=0mm
X=±350mm
Y=0mm
X=±300mm
Y=±300mm
X=300mm
Y=±300mm
其中： X：与钢轨平行的轴
Y：与钢轨成直角的水平轴
Z：垂直向上的轴
7.1.10　 在最小作用范围内，应答器产生的磁场与基准磁场的误差应在±1dB以内
7.1.11　 在作用范围以外一定区域内，称为旁瓣区，此区域内可能发生应答器传输。
–1300 mm < X < +1300 mm；–1400 mm < Y < +1400 mm； +220 mm < Z < +460 mm
7.1.12　 在Z=220mm平面内，旁瓣区的磁场强度应比基准磁场强度小35dB（图7中的C值）。
7.1.13　 旁瓣区以外称为串音防护区，在此区域内不应发生数据传输，在Z=220mm平面内串音防护区的磁场强度应比基准磁场强度小60dB（图7中的D值）。

图7 应答器磁场强度
8　 安全原则
8.1.1　 基本安全原则
8.1.1.1　 CTCS技术规范的安全原则适用于应答器设备。在生产及安装期间，要有经过认证的质量保证体系以满足设备的安全要求，并根据该体系对应答器设备的设计、生产、试验等进行全程监测与测试。
8.1.1.2　 安全信息的传输要从信息源至信息终点全程遵循信号安全的标准。传输通道应具有高可靠、高安全和高可用性。
8.1.1.3　 能够检测到信道质量不良引起的传输错误，并采取相应的安全措施。
8.1.1.4　 所有的信息内容均有一定的有效时间要求（地面无源应答器的有效时间可视为无穷大）。有源应答器的数据要定期刷新或重写）。
8.1.1.5　 已预告的信息通过距离窗逻辑进行监测。
8.1.1.6　 如果车载设备功率发送出现故障，要有相应的安全措施（如限制或降级运行）。
8.1.1.7　 如果传输的信息不是预期的信息，那么要尽可能地采取更严格的数据处理方法。
8.1.1.8　 可以检测到预期位置的地面应答器的故障以及错误数据的传输。
8.1.2　 设计与制造
8.1.2.1　 利用适宜的物理定理
8.1.2.2　 冗余设计（各个重要方面的冗余,如:信息的冗余,电源冗余,结构冗余）
8.1.2.3　 硬件功能的检查(自动)
8.1.2.4　 特殊的软件设计方法
8.1.2.5　 通过使用特殊的测试或测试算法,对整个功能及过程结果进行检查
8.1.2.6　 从多个信息处理通道对结果或中间结果的相关性进行不断的验证，杜绝故障倒向非安全
8.1.2.7　 特殊的生产及测试工具
8.1.2.8　 经过批准的合格的原材料
8.1.2.9　 元件的筛选
8.1.3　 故障处理
为防止出现危险故障，需要有故障排除及故障处理方法。
8.1.4　 故障反应
只能接受导向安全的故障，一般而言，如果出现故障，系统将导向安全侧，并降级使用。
9　 设备安装
9.1.1　 地面应答器须按设计位置安装，应答器周边应保持一定范围的无金属（磁导体）空间。
9.1.2　 应答器安装高度：应答器基准标至钢轨顶部的距离为93mm~150mm。
9.1.3　 车载接收天线与地面应答器的距离：249mm～469mm。
9.1.4　 在有护轮轨的位置安装地面应答器时，应将护轮轨断开，并保持20mm以上间距。
9.1.5　 同一应答器组中两个相邻地面应答器最小间距应满足下列要求：
s≤180km/h时，d=2.3m;
180km/h＜s≤300km/h时，d=3.0m;
300km/h＜s≤500km/h时，d=5.0m;
其中，s = 线路允许最大列车运行速度，d = 最小安装距离。
9.1.6　 同一应答器组中两个相邻地面应答器之间最大距离为12m。
9.1.7　 地面应答器应尽量安装在最小曲线半径大于300m的线路上。
9.1.8　 在一个应答器组中，最少应安装1个地面应答器，最多可安装8个地面应答器。
9.1.9　 两应答器组之间的最小安装间距为100m。
9.1.10　 LEU与地面有源应答器间电缆最大长度应不小于2.5km。
9.1.11　 地面应答器安装应牢固可靠、有一定的防盗措施。
9.1.12　 车载天线应安装在机车底部中心线位置，距轨面距离156-279mm，应有防止车载天线脱落措施。
9.1.13　 两台车载天线安装间距至少为2m。
9.1.14　 车载解码器与车载天线连接的天线馈线要固定。机车外部的馈线应采用护管防护。
10　 电磁兼容
应答器设备应符合EMI/EMC的相关电磁兼容技术标准的规定。
11　 设备工作环境
11.1.1　 环境温度
11.1.1.1　 车载设备
车载解码器 -25～+70℃
车载天线 -40～+70℃
天线馈线 -40～+70℃
11.1.1.2　 地面设备
地面应答器 -40～+70℃
电子单元（LEU） -40～+70℃
11.1.2　 相对湿度
室内设备 不大于90%（+25℃）
室外设备 不大于95%（+25℃）
11.1.3　 机械应力
满足IEC 721 和EN 50125中的有关规定。
11.1.4　 气象条件
满足IEC 721 和EN 50125中的有关规定。
11.1.5　 化学条件
满足IEC 721 和EN 50125中的有关规定。
11.1.6　 生物环境
满足IEC 721 和EN 50125中的有关规定。
11.1.7　 破坏行为
满足IEC 721 和EN 50125中的有关规定。
11.1.8　 使用寿命
大于20年

附件1：
八进制字母表
00101, 00102, 00103, 00104, 00105, 00106, 00107, 00110, 00111, 00112,
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