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近年来,中国高速铁路的迅猛发展,高速铁路以其高准点率、高运输能力、乘坐舒适安全等优点,在我国交通运输中应用越来越广泛,同时带动了经济快速的发展。伴随着高铁的提速和乘客网络需求的增加,现行的铁路专用移动通信系统GSM-R已无法满足服务的需求,LTE-R以其高信道容量、高频率带宽以及高速率传输成为国际铁路联盟(UIC)所批准的下一代移动通信系统,LTE-R作为新一代铁路通信系统,不仅提高了通信的性能,也能够满足乘客对无线通信的需求。越区切换作为高速铁路通信系统中的核心技术,优良的切换算法是保持通信连续而不发生中断的基础,继而使越区切换算法成为当前研究的热点。本文从LTE-R系统切换技术的角度进行分析研究如何提高通信系统的稳定性与可靠性,进一步提高越区切换的性能。首先,通过对越区切换的背景及意义进行介绍,引出LTE-R通信系统,并详细的对LTE-R系统的网络架构、网元功能、接口协议等进行了阐述,说明LTE-R系统在高铁移动通信应用中占据的独特优势。针对高速铁路LTE-R越区切换过程中,基于A3事件判决的越区切换算法下容易出现乒乓切换频繁和切换成功率较低的问题,提出了基于改进的模糊预测优化切换算法。该算法对切换过程中的测量参数参考信号接收功率(RSRP)进行,并将采集的测量参数RSRP值通过改进的灰色GM(1,1)算法优化处理,处理之后的测量参数值经3次循环预测并加权平均,送入判决公式去进行判决。本算法在MATLAB上进行仿真实验,结果表明本算法在一定程度上降低了由于信号波动而引起的“乒乓切换”,提高了越区切换的成功率。其次,针对基于传统A3越区切换算法中单一依据信号强度的大小作为执行切换的依据的不可靠性,提出了一种在高速铁路通信系统中基于切换邀请的越区切换方案,通过系统计算出越区切换的时间,然后基站向移动终端发送切换邀请,列车执行越区切换,减少了越区切换判决过程,简化了切换的信令。与传统切换方案相比,降低了越区切换的中断概率,提升了越区切换的成功概率,更好的适用于高速铁路场景。最后,为了进一步提高越区切换的性能,提出一种协作切换算法,将切换邀请算法与改进GM(1,1)算法进行融合重构,并加入A3辅助判决过程,以此去保障越区切换的可靠性。通过仿真对比,结果表明,相比较于传统越区切换算法和改进GM(1,1)切换算法,所提出的协作切换算法在中断概率、切换失败概率等方面都有明显下降,切换成功率得到了提高,进一步提升了越区切换的性能。