随着更安全、更可靠、更高效的智能高速铁路时代的到来,铁路专用移动通信系统成为保障高速铁路安全运行和智能化运营的关键系统。高速铁路场景中主要存在三类通信业务需求:行车相关业务、运营及维护相关业务和旅客信息服务,以实现车载与地面之间人、机、物的全面感知和泛在互联。不同种类的业务需求对专用移动通信系统设计带来了挑战。掌握高速铁路场景下的无线信道特性、建立能够准确刻画无线信道特征的信道模型、实现无线信道半实物仿真是专用移动通信系统物理层和链路层关键技术评估、工程设计与网络优化、设备高速适应性检测与评估的前提。虽然国内外学者对高速铁路无线信道测量与建模开展了大量研究,但仍然存在一定局限:现有信道测量方法在测量信号设计和检波方式选择方面存在一定缺陷;缺乏针对铁路专用频段的多普勒实测数据,导致对高速铁路场景多普勒特性的掌握不足;缺少对于高速铁路复合场景下的信道测量、参数提取、分析和建模;高速铁路专用移动通信系统半实物仿真中信道模型准确性和一致性有待改进。针对上述问题,本文在高速铁路场景下开展了无线信道测量、建模和仿真研究。本文主要工作如下:1)针对高速铁路现有复合传播场景定义、无线信道测量方法和平台存在的不足,研究提出了将地理信息系统(Geographic Information System,GIS)地形地貌信息与路径损耗指数相关联的电波传播复合场景定义方法;研究分析了不同检波方式对信道测量的影响,提出更适合于窄带和宽带移动通信系统信道测量的有效值检波方式;设计了一种基于高斯脉冲成型的信道探测发射信号,开发了窄脉冲无线信道探测系统。所提出的测量方法和平台为高速铁路场景信道测量奠定了基础。2)针对高速移动场景带来复杂且时变的多普勒特性,提出了一种基于相位估计的多普勒频移测量与估计方法,并开展了窄带信道测量,建立了高速铁路窄带多普勒频移模型;设计了多载波信道探测发射信号,在高速铁路现场高架桥场景下开展了宽带信道测量,采用自相关函数算法进行了多普勒估计,建立了该场景下的功率延迟谱、多普勒功率谱和多普勒扩展等模型。该研究丰富了高速铁路场景多普勒模型,为抗多普勒扩展关键技术的研究和开发奠定了基础。3)针对高速铁路复合场景中信道测量和建模研究的不足,选取由隧道、路堑和高架桥等组合在一起的复合场景,进行了宽带信道测量,研究了时延弥散特性和多径参数的提取和建模方法,建立了路径损耗指数、功率延迟谱和多径抽头延迟线模型;利用三维射线跟踪算法开发了确定性信道模型,研究得出了该复合场景中小尺度衰落、时延-多普勒域统计特性,提出了复合场景中不同场景过渡区域的识别方法,有助于揭示复合场景中的快衰落信道特征和时延弥散特性。4)针对高速铁路无线信道仿真中模型准确性和一致性亟需改进的问题,提出分组域承载列控车地安全数据传输的基本型协议栈和和改进型协议栈,形成了高速铁路专用移动通信系统无线信道半实物仿真的需求,设计了高速铁路窄带和宽带无线信道半实物仿真平台,基于第2章到第4章的信道测量、参数提取和建模,提出了路径损耗与阴影衰落、小尺度衰落、干扰及噪声等仿真方法,并开展了服务质量相关指标的半实物仿真测量,验证了半实物仿真方法和模型的准确性。综上所述,本文围绕高速铁路场景信道测量、建模和信道仿真开展研究,改进了测量方法与测量平台,提取了典型场景和复合场景下多普勒特性和时延弥散特性关键参数,丰富了相关场景下的信道模型,并将该模型应用于高速铁路专用移动通信系统半实物仿真,弥补了信道仿真中模型准确度的不足。