随着高速铁路的飞速发展,人们对高移动场景下的数据传输速率以及可靠的移动业务的需求与日俱增。因此,高铁通信对高速率、大带宽且具有服务质量保证的数据业务要求提高了。毫米波和基于大规模天线阵列的波束成形技术相结合可以获得超高的数据传输速率,将其应用到高铁通信场景中,能够有效提升高铁无线通信系统的通信容量和通信质量,是高铁通信发展的一大趋势。所以,论文针对高铁通信场景中的毫米波波束成形方法展开了深入的研究,具体工作如下:首先,论文深入分析了高铁毫米波通信相关技术并讨论其在高铁应用场景中的优缺点。重点分析了毫米波在大气中的传播特性,包括毫米波的路径损耗模型以及氧气、水蒸气和雨水等对毫米波的吸收衰减作用。在毫米波通信中需要利用大规模MIMO技术和波束成形技术来增强毫米波的方向性能,补偿毫米波的传输损耗。因此,本文系统阐述了传统的MIMO技术、大规模MIMO技术以及波束成形技术的相关知识,分析了均匀直线天线阵列的基本原理、天线方向图和半功率波束宽度的计算等。针对高铁场景的特殊性,本文讨论了毫米波技术、大规模MIMO技术以及波束成形技术在高铁通信中面临的问题。其次,论文提出一种基于毫米波高铁车地通信的自适应多波束成形方法。该方法在每节车厢顶部安装一个移动中继,基站利用毫米波同时发射多个具有不同宽度的波束来覆盖每个移动中继并进行信号传输,以提升系统的吞吐量性能并减少波束切换更新的次数,而且多个波束同时进行信号传输可以降低系统的通信中断概率。但是,随着列车与基站之间的距离越来越远,多波束传输所引起的波束间干扰越来越严重。为了解决这一问题,本文采用一种自适应波束激活技术来实时调整服务波束,从而使当前时刻的系统吞吐量保持在最佳水平。仿真结果表明本文方法可以进一步提升系统的吞吐量并且保持较低的通信中断概率。最后,针对高铁无线移动通信系统数据传输的稳定性和可靠性问题,论文在交织站址双网冗余覆盖结构下提出了一种基于位置公平保证的毫米波波束成形方法。该方法设定一个目标数据传输速率作为参考速率,并根据该目标速率采用一种自适应搜索算法来计算最优的发射波束宽度和波束边界点位置,使得每个发射波束覆盖范围内的平均数据传输速率和给定的目标速率之间的差值最小,从而使列车在运行过程中的数据传输速率稳定在目标速率附近,以减少列车在运行过程中数据传输速率的剧烈波动。仿真实验证明本文方法可以有效提升高铁无线通信系统数据传输的稳定性。