基于铁路应急通信及通信冗余的需求，列车间直接通信系统应运而生。列车间直接通信系统仅通过车载通信设备就可实现前后行列车间速度、位置等信息的实时交换，该通信系统既可以是提高列车运行安全的备用系统和应急通信系统，也可以为列车编队及智能交通提供一定的保障。论文对列车间直接通信系统进行理论设计，给出通信频段、通信距离及车载收发信机结构。利用经典电波传播损耗模型，结合不同应用场景中列车间直接通信的特点，选择适合车站、编组站、区间场景的电波传播损耗模型，并对接收功率进行数值计算及仿真，验证列车间超短波直接通信技术的可实现性。针对电波传播中的多径传播和多普勒效应展开讨论并进行仿真计算，结果表明多径传播和多普勒效应会造成信号严重衰落。论文对列车间直接通信信道分析，确定其信道为移动端到移动端的莱斯衰落信道。对多普勒频移和功率谱讨论，结果表明列车间直接通信信道呈现多普勒特性，但无明显的多普勒扩展。利用信道模型，借助Matlab仿真计算，对莱斯衰落的一阶、二阶统计特性分析，讨论信道参数特别是莱斯因子和列车运行速度对信道特性的影响，得出该信道衰落频度较大，必须采取抗衰落技术。列车间直接通信系统中的通信节点都在移动，因而其网络类似于公路领域的车载自组网，但比车载自组网简单。论文就列车车载自组网进行初步探讨，确定其三层协议栈模型，并通过实例依次说明数据传送形式、协议栈各层功能，同时对媒体访问控制层的工作方式和竞争信道的方法进行大致确定。