随着高速铁路的快速发展,列车上的乘客对于移动通信的需求由语音通话逐渐转变为视频电话、网络多媒体的形式。现有的铁路专用数字移动通信系统(Global System for Mobile communications for Railway,GSM-R)固有的窄带特性无法满足人们对于数据流量业务的需求。为应对数据流量业务的快速增长,大规模MIMO技术引起了人们的广泛关注。不同于传统的MIMO技术,大规模MIMO通过在基站端配置更多的天线阵列,进一步提高数据传输速率和链路的可靠性。而大规模MIMO应用离不开波束成形技术,通过大规模MIMO和波束成形技术相结合的方式,使波束的能量更加的集中,进一步提升了系统的性能。因此,本论文针对高铁场景下的大规模MIMO波束成形技术展开了深入的研究,具体工作如下:首先,本论文深入分析了大规模MIMO技术和波束成形技术。针对高铁通信场景的环境特性,对大规模MIMO的系统模型和高铁场景下的信道模型进行了介绍。对波束成形技术基本理论以及波束成形技术的应用进行了阐述。其次,本论文提出了一种高铁场景下的大规模MIMO上行链路波束成形方法。该方法不需要信道状态信息(Channel Status Information,CSI),利用位置信息辅助的方法生成波束的权重向量,同时引入有效波束成形概率的概念,来保证传输链路的可靠性。考虑定位误差对本文方法的影响,基于有效波束成形概率阈值选择最优的波束宽度来最大化波束方向性,来提升系统的性能。为进一步降低波束成形的计算复杂度,本文方法将基站侧波束覆盖的扇形区域划分为多个等宽度的子区间,仅需计算一个子区间内的波束宽度实时变化情况。通过仿真验证该方案在复杂度较低的条件下,仍然能保持良好的系统性能。最后,本文对高铁场景下的下行链路的波束成形方法进行了研究,提出了一种基于位置信息的自适应波束调整方案。该方法中,通过适当地调整波束方向和波束宽度,来提高系统的灵活性和降低系统的复杂度。当基站发射的波束宽度不能满足通信要求时,优先进行波束宽度的调整,避免频繁的调整波束方向追踪行驶的列车,当波束宽度达到其调整范围极限的时候,再进行波束方向的调整使波束对准列车。由于波束覆盖的边缘处性能比较差,因此需要列车到达调整波束方向位置之前进行波束方向调整。利用设定的信噪比(Signal-to-noise Ratio,SNR)阈值可以计算下一次需要调整波束方向的位置,通过对比当前和下一次调整波束方向位置的SNR,决定是否要提前调整波束方向。通过仿真发现,该方案系统的性能优于传统的波束切换方案且性能接近实时的波束追踪方案。