为了进一步提升高铁车地通信系统的传输质量,本文分别基于单天线系统、分布式天线系统(DAS,Distributed Antenna System)和大规模多输入多输出(MIMO,Multiple-Input Multiple-Output)系统,研究了高速铁路场景下“两跳”车地通信链路的能量效率和传输服务质量优化问题。首先,针对单天线车地通信链路,研究如何通过合理的功率分配提升高铁通信系统能量效率。考虑了上行链路数据到达过程和无线传输过程的匹配问题,在最大发射功率和最小接收速率需求的限制下对上行链路的系统能量效率进行优化。通过拉格朗日乘子法求解优化问题,使用二分法对拉格朗日乘子进行更新迭代获得优化解,确定每个时刻系统的功率分配方案;并针对该求解方案复杂度较高的问题,对优化算法进行改进,采用一种基于最优解可行域讨论的低复杂度的优化算法,且通过仿真验证了该低复杂度算法在该场景下的有效性。然后,针对DAS车地通信场景,考虑时延约束条件,对下行传输链路的能量效率进行优化,提出一种传输模式选择和功率优化的方法。在确定功率分配的基础上,利用分布式天线的特征,选择合适的远程天线单元(RAU,Remote Antenna Unit)为列车提供服务;比较不同传输模式下的最大能量效率值,确定每个时刻的最佳传输模式,进一步提升系统可达到的最大能量效率。通过仿真,验证了传输模式选择方案的可行性和有效性。最后,针对大规模MIMO车地下行链路通信场景,提出一种面向车厢服务质量保障的波束选择和功率分配方案。利用波束成形技术将能量集中到主瓣进行传输,降低功率损耗,再对发射端波束和功率分配进行优化,在保证每节车厢接收速率公平性的同时提升列车的通信服务量。仿真结果表明,该方案不仅满足每节车厢的速率需求,而且有效提升了系统的移动服务量。