铁路作为我国最主要的交通工具之一，研究铁路通信网的有效性与可靠性具有重要意义。目前，国内外针对铁路专用的移动通信网络有：GSM-R和陆地集群无线电系统（TETRA）。通过分析研究，我国提出的第四代宽带移动通信标准TD-LTE，能够提供高速场景下语音、数据、视频等多媒体业务的高速传输。因此，国内学者以及相关部门提出基于TD-LTER的高铁通信方案。基于现有高速铁路场景下TD-LTE应用的研究，本文对MIMO技术进行了深入研究。本文首先对LTE协议标准进行了研究，重点对物理层的MIMO技术进行分析，包括MIMO技术的内容和意义，MIMO信道模型以及MIMO系统容量分析。考虑到列车的快速移动性、列车车顶天线组间距较大等特点，本文提出一种基于子信道容量最大化的快速天线组选择算法，该方法现将高速铁路通信场景建模成分布式MIMO信道，其中基站端集中放置多天线，接收端分散放置多个多天线组，且各个多天线组组间距相等，每次通信时都选择信道容量最大的接收天线组的信道，提高了系统误码性能。另外，鉴于高速铁路通信中，列车位置信息可预测、列车车顶中继转发天线数有限，以及反馈信息时延大、多普勒衰落较大、频繁切换等特性，传统的波束赋形并不适用于高速铁路场景，本文提出一种位置信息辅助的多波束机会波束赋形，该方法能够利用列车位置信息可预测的优势，在机会波束赋形算法中有效的提高了发送波束随机相位与来波相位匹配的概率，同时支持多个波束并行传输，并且以多波束选择实现更好的多用户分集增益，且机会波束赋形无需反馈完全信道状态信息。因此本文所提出的位置信息辅助的多波束机会波束赋形技术适用于高速铁路通信。