Respekt, der Aufwand, den Du getrieben hast ist ja enorm.
Wenn ich es richtig verstanden habe (hab' leider nicht alles gründlich lesen können - die Zeit), dann tragen die 125kHz-(PWM-)Impulse keine Digitalinformationen. Die sind nur in dem 1ms dauernden Teil der 15ms-Wiederholung enthalten?

Die 125kHz-PWM-Impulse innerhalb der 2,16ms-PWM-Impulse sind eigentlich nutzlos, wenn man annimmt, dass der Controller alle Informationen im Datenpaket erhalten hat. Was er aber zur Ansteuerung des Motors (genauer: der Endstufe) braucht, ist eine immer gleiche Versorgungsspannung, deren Mittelwert immer konstant ist. Damit die Spannung am Motor (und damit die Geschwindigkeit des Cars) aber nach den Vorgaben des Datenpaketes geregelt werden kann, müßte er eine passende PWM erzeugen.
Entweder kann er das, dann dient die "PWM in der PWM" vielleicht der Erzeugung einer konstanten mittleren Spannung oder
er kann's nicht und die PWM wird nur durchgeschaltet.
Kleine permant erregte Motoren arbeiten mit einer hohen Taktrate besser (Stichwort Motorinduktivität) als große.
Die Frage ist nur, ob so ein Motor für die Dauerspannung von 17V geeignet ist. Wahrscheinlich ist es eher ein 6V-Motor, der IMMER im PWM-Betrieb arbeiten muß, damit er nicht überlastet wird. Das würde dann die "Lücken" in der Versorgungsspannung erklären, die ja immer vorhanden sind.
Soweit meine Vermutungen.
Vielleicht hilft Dir auch eine Anfrage im Forum bei www.rclineforum.de weiter.

Blackbird
PS: So ganz klar ist mir der Betrieb auf einer Carrera-Bahn noch nicht (hab' nur eine Prefo- und eine Uralt-Carrera-Bahn, nix mit digital). Hat denn jedes Car seine eigene Regelung oder fahren alle Cars mit der gleichen (PWM-)Versorgungsspannung?