近年来，我国轨道交通大力发展基于通信的列车运行控制(Communication-Based Train Control，CBTC)系统作为地铁、城市与城际轻轨中列车运行控制系统的解决方案。车地通信是CBTC系统的基础。目前主要采用基于IEEE802.11系列标准的无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）实现车地双向通信，但它存在一些局限性，无法满足不断增长的行车密度和严格的公共安全技术条件对于更高通信质量的要求。　　时分长期演进(Time Duplexing-Long Term Evolution，TD-LTE)通信技术具备综合承载能力强、抗干扰能力强和适应高速等特点，是代替现有车地通信技术的可行方案。因此，研究基于TD-LTE的CBTC车地通信系统及关键技术，能够为我国下一代城市轨道交通无线通信技术及其设备的自主研发提供理论依据，对提高城市轨道交通运输能力、降低运营成本具有现实意义。　　论文首先概述了CBTC系统、CBTC车地通信子系统和TD-LTE通信技术，对LTE技术在城市轨道交通领域的应用情况和研究现状进行了回顾。　　其次，论述了基于TD-LTE的CBTC车地通信系统的组成结构和功能，总结承载CBTC业务的车地通信系统服务质量（Quality of Service，QoS）需求。通过计算TD-LTE车地通信系统的主要性能指标，验证得到基于TD-LTE的车地通信系统理论上能够满足承载CBTC业务的要求。　　然后，说明并研究了TD-LTE覆盖能力的影响因素，包括小区边缘速率、基站与终端的射频指标要求，同时调研我国城市轨道交通TD-LTE可用的工作频段。在此基础上进行无线自由波和漏泄电缆覆盖下的覆盖范围估算，形成基于TD-LTE的CBTC车地通信系统覆盖方案。　　接下来，介绍了基于TD-LTE的CBTC车地通信系统越区切换的过程与几类典型的切换机制。对越区切换过程中的信令流程和时延进行了分析，提出一种基于改进灰色费尔哈斯模型的切换方法，与传统的切换方法进行仿真比对并分析结果，结果显示本文提出的切换方法能够有效减少乒乓切换，改善切换性能。　　此外，在理论分析的基础上，完成基于TD-LTE的CBTC车地通信系统实测平台搭建，测试结果显示，该系统平台能够满足承载CBTC业务的需求。　　最后，对论文完成工作进行了总结，给出研究中存在的不足并进行展望。