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随着全球高速铁路的快速发展,铁路通信技术也朝着“数字化”、“无线移动化”、“宽带综合业务”的目标发展,因而将宽带无线网络应用于高铁通信将是一个发展热点,这一方面可以保证列车控制系统相关列车运行信息的安全传输,另一方面可以为高铁上的用户提供丰富多彩的多媒体业务。然而,铁路通信目前使用的GSM-R系统,仅能提供语音业务以及低速率业务,不能满足未来铁路通信的发展需求,而现有的公众移动通信系统,无论是对铁路的覆盖范围还是覆盖质量,也均无法满足列车上用户的实际需求。MIMO,作为LTE的关键技术之一,它在发送端和接收端都采用多天线单元,充分运用先进的无线传输以及信号处理技术,合理利用无线信道的多径传播,因势利导,开发空间资源,建立空间并行传输通道,能够在不增加带宽和发射功率的情况下,成倍地提高无线通信的质量和数据速率,堪称现代通信领域的重要技术突破。因此,将MIMO技术应用于高铁通信,以提高信道容量以及通信可靠性,将是未来铁路通信发展的主流趋势之一。为了提高高铁通信的信道容量,本文充分考虑高铁覆盖呈带状的地理特点以及列车车长的优势,并结合列车控制系统提供的列车位置及速度等信息,提出了一种高铁车地联合的分布式MIMO系统,同时在此基础上针对200m长的8节动车组,在充分考虑硬件成本、信号处理复杂度和车载天线安装限制等相关因素的情况下,对道旁及车载天线的实际安装方案进行了具体分析。仿真结果表明,本文提出的高铁车地联合的分布式MIMO系统,能够有效的对抗阴影衰落,提供两重宏分集增益,从而很大程度上提高信道容量。为了提高高铁通信的可靠性,本文针对高铁环境下MIMO信道时变的特点,提出了一种基于隐马尔可夫模型的MIMO空间复用及分集的自适应选择方案。本文首先对基于隐马尔可夫模型的时变MIMO信道进行了建模和性能分析,结果表明,该模型能够很好的刻画高铁环境下的时变MIMO信道,其得到的仿真结果数据能够与实测得到的数据很好的吻合。随后,基于上述时变MIMO信道模型,提出了一种基于隐马尔可夫模型的高铁MIMO复用和分集自适应选择方案,并给出了具体的实施步骤。该方案能够有效地降低通信系统的误码率,具有复杂度低、效率高等特点。