当前以高速铁路和城市轨道交通为代表的轨道交通得到了飞速发展。高速铁路正在向智能铁路“Smart Rail Mobility”方向发展。构建超高速率、高可靠低时延、无缝的通信连接,实现地面基础设施、列车、乘客和货物的广泛互联,是实现智能铁路的关键因素。而信道特性是无线通信研究不可或缺的内容。本论文针对轨道交通典型场景(包括高架桥、隧道和列车车厢),采用射线追踪技术,研究电波传播与无线信道特性,包括路径损耗、阴影衰落、多径和空间色散等,分析MIMO系统性能,为轨道交通场景无线通信网络部署提供建议。本论文的主要内容如下:(1)针对高架桥场景,基于修正的SFNMIMO信道模型,针对列车移动过程中不同位置信道特性非平稳造成的系统性能差异化的问题,分析天线阵列类型、阵元间距、旋转角度等因素对MIMO系统性能的影响机理,研究提出对于2天线阵列,垂直铁轨放置的线性阵列可获得更好的系统性能,对于4天线阵列,具有最佳旋转角arctan(l/3)的圆形阵列较优,相比线性阵列可带来9 dB的增益(达到饱和吞吐量的最低SNR降低9 dB)。(2)针对隧道场景,基于射线追踪技术分析了泄漏电缆覆盖条件下的电波传播和无线信道特性,得出以下结论:隧道场景中无线信道基本可认为广义平稳,且不同隧道横截面的无线信道特性较为相似,可采用普适性的信道模型;当采用SISO系统时,建议漏缆与车体同高,保证直射径的存在,降低损耗和时延;当采用MIMO系统时,平行放置的漏缆间距应大于0.6 m。(3)针对列车车厢内场景,基于射线追踪技术分析了电波传播和无线信道特性,提出车载中继天线阵列应垂直铁轨方向放置,可实现较低的空间相关性,从而提升MIMO系统增益。本论文的研究成果可以为轨道交通场景公网和专网关键技术研究和实际网络部署提供参考。