在下一代移动通信5G的高铁无线通信系统中,使用控制和用户平面分离的双层网络架构的目的是为了在保证小区基本覆盖和信令可靠传输的同时,提高数据传输速率,扩大系统容量。然而,考虑到高铁超高的行驶速度和复杂的无线环境,在该网络中,高铁无线通信将面临巨大的挑战,尤其是列车越区切换的性能会受到很大影响,比如由于微基站覆盖范围更小导致切换更频繁,宏小区之间的切换须要依次完成宏基站间切换和微基站间切换,等等。因此,本文对5G高铁无线通信系统控制和用户平面分离网络的信道模型、网络架构和小区切换算法开展了深入研究,并提出了两种新的切换方案,分别是基于列车运行速度的宏小区内切换方案和基于多点协作传输技术的宏小区间切换方案。宏小区内切换方案采用列车移动状态分级的概念,合并相邻微小区,以减少不必要的切换和信令开销,提升切换性能。宏小区间切换方案结合双播技术和多点协作传输技术实现先连接后切换的流程,并简化触发切换的决策条件,达到切换更及时,更易成功,通信更不容易中断的效果。此外,列车顶部采用列车中继站和双天线配置,获得额外的空间分集增益,进一步增强通信信号质量。最后,本文对提出的两种切换方案分别进行了仿真,结果表明所提的两种切换方案均能达到预期效果,增强列车的通信质量,减少通信中断的发生,降低切换冗余和复杂程度,改善5G控制和用户平面分离网络下的高铁无线通信系统的切换性能。