在世界范围内,高速铁路对大众运输都起着至关重要的作用。随着高速铁路和铁路客运专线的全面建设,以及互联网的快速发展,不单是高速列车控制类设备,还有乘客所携带的各种移动通信终端均对高速移动场景下的无线通信提出了更高的可靠性和带宽要求。为了给高速移动用户的通信提供更高的服务质量,作为铁路下一代移动通信系统的铁路长期演进系统近年来受到越来越多的关注,其相关的研究也在不断地深入。众所周知,在无线蜂窝网络系统中,切换是保障移动用户服务质量的关键因素。随着终端移动速度的增加,移动通信系统的切换问题更加突出,如何保障高速铁路场景下的用户的宽带无线通信是目前的一大研究热点。为了满足高速列车用户对宽带无线通信的需求,本文主要从高速铁路场景下的切换与接入控制方案和算法等方面进行研究。本文首先分析了高速铁路场景下无线通信的难点和特点,包括多径效应、多普勒频移、穿透损耗和快速切换等问题。与公众移动通信系统不同,高速铁路移动通信系统会遭受复杂的多径效应,较大的多普勒频移,较高切换失败率以及固有的车体损耗。接下来,本文对传统的以及新型的国内外高速铁路通信场景下的切换方案和切换算法进行了全面地综述,并进行了分类和研究展望。另外,本文首次运用数据包络分析方法从有效性、可靠性和经济性的角度评估了高速列车通信各种现有的和新型的切换模型,并将评估的结果作为研究的参考。之后,本文提出了面向高速铁路场景的高效切换方案。通过建立“两跳”模型,利用多输入多输出技术,联合物理层和接入层的分析,重点考虑优先级和开销,该方案在一定程度上克服了高速铁路场景下无线通信存在的问题。仿真结果表明,该方案可为高速列车用户提供更高的数据速率,更高的可靠性,更小的时延等。最后,本文还针对高速铁路场景分别提出了高效的接入控制方案和算法。通过建立系统模型和流量模型,运用定义的指标参数,包括接入率和资源利用率,首次建立了优化问题模型并提出了求解算法。提出了一种带优先级的接入控制方案,该方案利用高速铁路通信场景的特点,引入一个位置接入因子,平衡了系统中各种呼叫的接入率。通过联合考虑各项系统指标参数,提出了初步的分离资源预留方案。此外,首次提出了资源预留比例的确定方法和联合接入控制方案作为对分离资源预留方案的进一步改进。通过对各种方案和算法进行仿真和比较分析表明,使用位置接入因子、分离资源预留方案和联合接入控制方案均可以在某种程度上提高服务质量和系统效率。图42幅,表9个,参考文献103篇。