近十年来,中国高速铁路在产业化能力、科技创新、路网建设等方面取得了巨大的成就。随着能源与环保逐渐成为各国的发展核心,在高速铁路不断提升安全性、运行速度及运输效率的同时,如何进一步节约能源、降低环境噪声成为下一步的发展方向。资料显示,稠密大气是限制地面高速铁路最高运行速度的关键介质因素。真空管道高速飞行列车突破了空气介质限制,通过抽取密闭管道内空气达到接近真空的低气压环境,可实现磁浮高铁以无机械阻力、低空气阻力、低噪声模式下超高速运行。飞行列车平稳、安全的运行离不开车地无线通信技术的支持。飞车运行速度可达1000～4000 km/h,并且运行环境特殊,对车地通信的稳定性和可靠性提出了更高的要求。然而,现有无线通信体制(包括4G和5G)支持的最高移动速度不超过500 km/h,无法有效应对飞行列车车地通信中严重的多普勒效应、频繁越区切换等问题。因此,有必要积极开展面向真空管飞行列车车地无线通信关键技术的研究。首先,本文从电波覆盖环境、越区切换以及信道传播特征角度,详细分析了真空管飞行列车场景下的无线通信特点,并系统调研分析了飞行列车车地通信承载业务,总结了相应的业务数据类型、传输速率、误码率、延时等指标;然后,针对频繁越区切换问题,本文根据真空管飞行列车运行场景特点,结合现有高速铁路接入方案,基于集中式云接入网提出一种面向飞行列车的宽带无线接入架构,并且利用集中式云接入网络资源统一管理的特点,在切换管理上采用移动小区免切换方案,极大地压缩了小区切换所需时间,降低了切换损耗。其次,针对管内电波覆盖和严重多普勒问题,本文基于真空管这一特殊的受限狭长的金属空间结构,采用一种具有法向辐射特征的漏泄波导解决真空管道内部的无线覆盖问题,这种漏泄波导能以圆柱波形式向管道内部辐射漏泄电磁波。场分布仿真结果表明漏泄电磁波沿列车运行方向的相位分布是均匀的,且远场的场分布较为平滑。因此,理论上可完全消除多普勒频移,极大地改善了车地通信信道条件,将传统时变频率选择性衰落信道近似转化为平稳信道。基于此,本文在列车侧提出一种电磁透镜直接覆盖方案,通过特殊的电磁透镜形状设计,使漏泄电磁波在透射过程中进行相位调整,在车厢内实现更均匀的平面波覆盖。最后,本文研究了飞行列车车地通信中突发性运行业务与乘客互联网业务复用传输的优化问题。下行链路中突发性运行业务通过穿插方式抢占已经分配给乘客的传输资源,优化的目标是在满足突发性运行业务的超低时延要求的同时最大化乘客互联网业务的传输速率。本文把这个问题分解为两个子问题:一是乘客传输资源分配问题;二是突发性运行业务与乘客业务调度问题。本文利用二维Hopfield网络对乘客传输资源分配问题建模,利用能量函数收敛的性质解决乘客资源分配问题。然后将突发性运行业务与乘客业务调度问题归结为一个机会约束优化问题,通过研究突发性运行业务的累积分布函数将机会约束放宽为线性约束。仿真结果表明该复用机制可以实现业务高效复用传输。