与传统的蜂窝无线通信相比,高速铁路通信的高移动性、环境与地形的复杂性、服务综合性、列车调控和信息传输的特殊要求等等,都对无线通信技术提出了更为复杂和严格的要求。同时,随着5G时代的到来,面对更高的速率需要和更低的延迟要求,高铁通信网络的建设和演进面临着新的挑战。本文首先从高铁通信的研究背景出发,深入分析了现有铁路通信网络GSM-R的特点与不足,论证了其在5G时代的演进需要。其次,基于本文的研究方向简单的介绍了中继技术的发展历程,论证了高速移动场景下的移动中继技术研究的重要性,并阐述了该技术的发展趋势与现状。最后,本文在分析高速铁路中多天线双向中继协同通信技术的核心特点和优势后,提出了几点改进的优化方案。1)围绕多天线移动中继的核心技术,本文提出了一个适用于高铁通信的变疏密中继天线排布方案。经过推导与仿真分析,本文提出的优化天线排布方案不仅对高铁多天线中继通信的容量有提升作用,同时还可以平滑列车与基站位置变化而对实时通信容量带来的剧烈变化。在此基础之上,本文提出了一个天线选择方案,该方案可以将优化天线排布带来的性能提升转换为能效的提升,或者是系统连接稳定性的提升。仿真结果同样证明了该方案的有效性。(第三章)2)面向5G时代的高铁通信,基于毫米波波束赋形技术,提出了一个适用于高铁通信环境的优化波束宽度生成方案。同样延续多天线移动中继的设计思想,该方案旨在应用毫米波通信的大容量承载于高铁通信,同时适应毫米波通信的较大衰耗特性,应用5G高低频C/U分离异构网络,设计一个高通信速率、能效优秀的中继通信架构。通过计算推导和仿真分析,展示了该方案的核心特点:能够自适应地随着高铁速度/加速度的变化而作出相应的调整,因此可以提供更高的通信速率和更稳定的通信质量。(第四章)