在下一代的列车运行控制系统中,国际铁路联盟(UIC)已经明确规定要使用LTE-R (LTE for Railway)作为列车运行控制系统的车地通信子系统。但是对于通信系统来说,硬件设备的故障、传输差错、链路中断以及切换失败等因素无可避免,这些故障也难免会对列车的行车造成一定的影响。因此列控系统对LTE-R车地通信网络的可靠性有着很高的要求。本文主要结合了马尔科夫模型法以及系统可靠性框图法来综合的分析计算了不同应用场景下的LTE-R通信系统的可靠性,并引入LTE-Advanced中的D2D通信技术以及核心网MME Pool的容灾技术,提出了可以提高系统可靠性的方案,并通过计算进行了验证。论文的研究内容如下：(1)通过对现有的GSM-R与公网LTE系统的分析,推导出未来LTE-R通信系统可能存在的网络结构以及核心网与接入网的组网方式,并进一步分析了导致LTE-R故障的原因。(2)结合马尔科夫模型法及系统可靠性框图法,通过对无线链路的中断、切换失败以及对硬件设备故障的研究,定量的分析了不同应用场景下的LTE-R通信系统的可靠性。(3)通过对D2D通信技术以及MME Pool容灾原理的学习和研究,提出了车车通信辅助和基于MME Pool的两种改进的LTE-R通信系统,并计算得出两种改进后的系统的可靠性,验证了可靠性的提升效果。结果表明,与文中计算所得的原系统的可靠性相比,文中提出来的两种新的LTE-R车地通信网络架构,都能有效的提升通信网络的可靠性,尤其是在使用MME Pool核心网容灾技术的时候,能够在提升可靠性的基础上进一步提高设备资源的利用率。