截至2019年底,我国已建成全球最大的GSM-R网络,并且随着铁路高速化、智能化、信息化发展,将5G移动通信技术引入铁路行业成为未来铁路通信系统的演进方向。支持高可靠、低时延、大容量及超高速移动适应性一直是高速铁路移动通信系统致力于达到的性能指标,然而,地形复杂多变、铁路沿线无线环境复杂、列车高速运行都给高速铁路移动通信系统的可靠通信带来了不小的挑战。因此,如何增强超高速铁路移动通信网络架构的可靠性,如何优化复杂场景下的切换算法,对系统进一步提高通信性能是至关重要的。本文重点关注了两种特殊的场景—复合场景和真空管超高速场景,而目前针对这两种场景的切换算法研究尚不多见。论文的主要研究工作如下:（1）分析不同场景下切换参数与切换性能的关系。从时延扩展、多径数目等信道参数方面出发,研究了高铁沿线的四个典型场景—高架桥、开阔地、山区、城区的无线信道模型的特点,仿真分析了不同场景下的切换性能。仿真结果表明:相同的切换参数在不同的场景下有着不同的切换性能,随着场景的改变,列车也需采用不同的切换参数来触发切换。（2）在研究工作1的基础上,提出了一种基于复合场景的切换性能改进算法。首先,基于复合场景的特点,设计了一种基于“宏+微基站”实现控制平面和用户平面分离的新型网络架构。基于此架构,在切换重叠区中引入了中继微基站来辅助服务基站完成切换。本文提出了一种复合场景下基于参数优化的预切换算法,该算法可根据场景不同选择适合的切换参数进行切换,并利用高速铁路轨迹固定的特点,提前进行资源预留。仿真结果表明,所提算法在切换成功率、通信中断概率等方面相比于传统的切换算法有着显著的性能提升。（3）最后,针对超高速场景,设计了适用于真空管列车的系统架构及切换算法。分析了真空管列车系统特点,基于合理的假设,设计了“CU+RAU+漏波系统”冗余覆盖补强网络架构以保障超高速下真空管列车的通信的可靠性。此外,基于此架构,提出了一种结合异常情况的预切换方案。仿真结果表明,所提的方案可以保障真空管超高速列车通信的可靠性,并大大缩短列车执行切换所需的时间。图31幅,表4个,参考文献70篇。