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。