随着无线通信技术的不断发展,城市轨道交通业务的逐步拓宽,面向城市轨道交通业务需求的长期演进通信技术（Long Term Evolution for Metro,LTE-M）应运而生,并逐渐成为下一代车地通信系统的研究焦点,基于通信的列车运行控制系统（Communication Based Train Control System,CBTC）也因此对实现列车与地面设备双向、大容量信息传输的车地通信系统业务承载能力以及服务质量提出愈加严格的要求。因此,优化基于LTE-M的CBTC车地通信系统通信性能,提高车地通信系统服务质量,对于保证CBTC系统安全数据的可靠传输,实现列车平稳高效运行具有重要意义。本文将基于LTE-M的CBTC车地通信系统作为研究对象,联合多项车地通信系统性能指标量化分析车地通信系统弹性,以实现车地通信系统弹性与列车运行控制性能联合优化为目标,对CBTC车地通信系统弹性优化问题进行深入研究。首先,阐述LTE-M系统的技术背景和系统架构,并以基于LTE-M的CBTC车地通信系统技术原理为基础,对车地通信系统服务质量需求进行研究。分析车地无线通信传输特性,分别从物理层、链路层两个层面建立信道模型,对车地通信无线信道进行描述。其次,依据LTE-M技术特性,联合传输时延、丢包率以及切换时延等无线通信性能指标,建立基于LTE-M的车地通信系统弹性模型,量化分析车地通信系统在面对无线传输扰动时的稳定性和可恢复性。通过引入网络控制系统（Network Control System,NCS）原理,建立基于弹性指标的CBTC多列车控制NCS模型,量化分析车地通信系统弹性与列车运行控制间的关系,并通过MATLAB仿真平台验证所提模型的有效性。结果表明,提高车地通信系统弹性,可有效减少计划外牵引、制动情况的发生,降低无线传输扰动对列车运行控制造成的负面影响。最后,以车地通信系统弹性量化模型为基础,提出基于半马尔科夫决策过程的车地通信系统弹性优化策略。将车地通信过程中的切换决策与无线链路最大重传次数自适应决策描述为半马尔科夫决策过程模型,联合车地通信系统弹性与列车牵引能耗估计作为优化目标函数,并使用Q-learning算法对模型最优策略进行求解。通过MATLAB仿真平台验证可知,所提优化策略能显著提高车地通信系统弹性性能,使车地通信系统服务质量得到有效提升,实现车地通信系统多性能指标与列车运行控制性能的联合优化。