随着高速铁路在中国乃至世界范围内的快速发展,高速铁路环境中无线电波传播理论的研究也越来越重要。GSM-R无线通信系统作为铁路专用数字移动通信系统,为列车提供无线通信和控制信息传输。因此,GSM-R网络的可靠性直接关系到列车的安全运行。高速铁路电波场景有其特殊性,因此不能简单地套用已有模型,建立适合高速铁路特殊场景的电波传播大尺度模型可为高速铁路无线网络规划、频率规划和干扰等研究提供理论依据。本文基于高速铁路环境下的实测接收功率数据,通过数据处理分析,建立了高速铁路多种场景下的电波传播大尺度模型。越区切换性能是衡量无线网络整体性能的关键。GSM-R网络的越区切换过程为硬切换,切换过程中会有短暂的通信中断。如果越区切换参数设置不合理,可能发生乒乓切换现象。乒乓切换不仅占用系统资源,而且由于切换过程中的通信中断,会导致传输误码,也有可能引发掉话现象。针对此问题,本论文利用实验室高速铁路GSM-R半实物仿真系统,对不同速度、阴影衰落标准差等条件下的越区切换进行了仿真测试；提出了小区切换参数设置的优化方案,并进行了测试验证。本文的创新点主要体现在以下几点：一、建立了天线模型,并基于高速铁路无线通信网络安装的基站发射天线,通过理论分析与计算得出不同接收点的发射天线增益。二、在划分高速铁路传播场景的基础上,研究了高速铁路高架桥、路堑和开阔地场景下的电波传播大尺度路径损耗特性；建立了高架桥和开阔地环境下基于HATA开阔地模型的校正模型；分析了不同场景下的阴影衰落分布特性,并对其自相关特性进行了统计建模。三、提出了高速铁路环境下地貌损耗的计算方法,并以一段高速铁路环境的地理信息为基础,通过分析和计算,给出了高速铁路地貌损耗的参考值。四、通过高速铁路半实物仿真系统,分析了不同速度、越区切换容限和防回切保护时间对乒乓切换概率的影响。进而提出了依据本小区阴影衰落标准差设定越区切换容限,依据列车速度静态和动态设定防回切保护时间的越区切换优化方案。