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截至2017年,我国高速铁路累计开通运营里程已经超过2.2万公里,“四纵四横”铁路网已基本铺设完毕,成为世界高铁第一大国。与此同时,高速铁路运营的业务需求在不断增长,其设备结构随着现代科技的不断发展进步,也在面临换代升级。在铁路信号系统中,CTCS-3级列控系统是基于无线通信系统并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车运行控制系统。随着高铁的不断发展,GSM-R的一些缺点逐渐凸显,如GSM-R是一个窄带系统,其高延时、低速率的特征已经无法满足铁路运输日益增长的业务需求,LTE(Long Term Evolution,长期演进)作为下一代无线通信系统,其具有的高速率、低时延、高安全性、载波带宽灵活可变等优点都较为符合下一代铁路移动通信系统的业务需求,国际铁路联盟也已将LTE-R作为下一代铁路无线移动通信制式。在CTCS-3系统中,列车与列车之间没有直接的信息交互通道,在“7·23甬温线事故”中,信号系统遭受雷击产生逻辑混乱,导致后车只能收到绿码,从而在对前车运行状态未知的情况下发生相撞。所以研究列车和列车之间直接通信是非常有必要的,具有重要的现实意义。本文首先在既有CTCS-3系统的基础上,研究利用列车进入RBC(Radio Block Center,无线闭塞中心)的登录注册信息实现前后行列车的身份识别方案,其次在LTE-R的背景下,研究利用LTE-A中的终端直通(Device-to-Device,D2D)技术建立车车通信的链路模型,最后对该链路模型的可靠性利用故障树模型法、马尔科夫模型法和可靠性框图法进行了验证。前后行列车身份识别方案中,在既有CTCS-3地面设备中加入列车通信管理单元。利用列车进入RBC区域的注册信息赋予相应的通信地址,由于每列车的车次号是唯一的,所以根据其唯一的车次号赋予列车唯一的通信地址,并将前车的通信地址通过LTE-R传送至后车。在建立车车通信链路模型时,选取列车追踪运行场景,结合D2D技术的不同模式选择基站中继模式进行建模,在该模型中信息通过基站之间的X2接口进行中继转发。在建立通信链路模型的基础上,分析了车车通信系统中的故障因素并对其可靠性进行分析后,通过与列控系统对无线通信系统的QoS进行分析对比,可知本文所提出的车车通信模型与其可靠性能够满足铁路运输的业务需求。