车地无线通信系统作为CBTC(Communication based Train Control,基于通信的列车控制)系统的子系统,其性能对CBTC系统是否发挥系统优势起着重要作用。LTE-M(Long Term Evolution for Metro)车地通信系统凭借其支持较高的移动速度、抗干扰能力强、资源调度灵活等优点,已经成为城市轨道交通无线通信系统的首选。LTE-M系统可承载多种业务以满足城市轨道交通生产业务需求,不同业务的Qo S(Quality of Service,服务质量)要求差别较大。本文结合城市轨道交通无线通信场景,分析列车各承载业务的特点,研究通过基于软频率复用的无线资源管理及车车通信算法,提高通信系统的Qo S性能。论文的主要工作归纳如下:(1)总结了移动蜂窝网络中无线资源管理的研究现状,分析了LTE-M系统中实现不同业务的无线资源调度策略以及基于LTE的D2D(Device-to-Device,终端直通)实现车车通信的重要性;归纳了LTE-M系统无线通信环境中的无线信道模型,分析了D2D通信的技术特点和模式选择,提出了车地通信资源调度模型和车车通信资源调度模型。(2)列车高速移动造成无线信道质量快速变化,且小区边缘同频干扰较为严重,这二者均是城市轨道交通无线通信场景下影响Qo S性能的主要因素。为提高小区列车最小吞吐量,本文提出了基于软频率复用架构,分别对单小区和多小区通信场景,结合列车实时无线信道质量,提出联合资源分配和功率控制的启发式动态无线资源管理方案,并证明该算法具有局部收敛性。通过仿真实验对该算法与无优化算法及其他ICIC(Intra-cell InterferenceCoordination,小区间干扰协调)算法进行对比,结果表明:所提出的算法能够在满足基本约束条件下提高单小区和多小区场景下列车最小吞吐量,使列车在运行过程中的吞吐量保持相对稳定。(3)针对引入车车通信方式后与车地通信方式的共存问题,为协调车车通信业务和车地通信业务的Qo S需求,提出了基于斯塔克尔伯格博弈的无线资源管理方案,理论给出了最佳博弈结果和计算流程。仿真结果表明:该算法能够有效保障两种通信方式承载业务的Qo S需求,提高CBTC通信系统的可靠性。图46幅,表12个,参考文献82篇。