伴随着高速铁路建设的快速发展和列车运行时速的不断提升,列控系统对铁路移动通信技术的要求也愈加严格,实现日渐递增的无线通信技术需求也成为推动高速铁路持续发展的必备条件。基于LTE(Long Term Evolution,长期演进)的通信系统拥有数据速率高、系统部署灵活和网络时延低等优点,UIC(International Union of Railways,国际铁路联盟)已决定下一代铁路移动通信系统将向LTE-R(Long Term Evolution for Railway,基于LTE的铁路无线通信系统)进行演进。而越区切换是铁路移动通信系统的重要部分,一旦越区切换失败便会造成车-地间发生通信中断,给高速行驶的列车带来严重的安全隐患。因此,深入研究LTE-R系统的越区切换方案,对保证高速列车运行的可靠性和安全性具有重要意义。在对LTE-R系统关键技术及切换关联因素分析的基础上,设计基于波束赋形-距离的切换算法和基于双播机制与位置辅助的提前切换算法,前者主要从信号接收功率和切换时机角度考虑,而后者主要从切换时延的角度考虑。以期达到提升越区切换性能的目的,并通过理论分析和软件仿真来验证算法的有效性。首先,介绍LTE-R系统整体架构,随后对架构中核心网和接入网进行阐述,接着对LTE-R系统的关键技术支撑进行分析,并详细描述了铁路无线覆盖方式、越区切换过程和切换分类,为后续切换算法的设计提供理论基础和思路。其次,对无线信道的大尺度衰落进行仿真分析,为切换算法的仿真验证提供基础。针对列车速度对切换判决的影响,给出基于速度的切换迟滞动态调整方法。然后设计基于波束赋形-距离的切换算法,利用波束赋形增益在切换重叠区不同范围调整的方式且加入距离因素,达到既避免通信中断又辅助切换的目的。详细阐述波束赋形-距离切换算法的实现方式,再对所提算法建立概率模型和进行理论分析,并通过Matlab工具仿真验证算法的有效性。最后,设计一种基于双播机制与位置辅助的提前切换算法,利用列车当前信息计算出预承载点,以预承载点作为参考点,提前一定时间依次启动双播初始化过程和目标小区分配及资源预留,通过缩短切换时间的方法,来改善切换性能,利用信令流程分析的方式来评估算法的可行性,并通过Matlab软件验证算法的有效性。