直到2018年底,我国的高铁总里程超过了2.9万公里,目前处于世界第一,超过全世界高铁运营总里程的一半以上。随着高铁的迅速发展,高铁上应用无线移动通信的用户数也随之增加,这意味着高铁移动通信面临严峻的考验。为了解决通信服务质量差的难题,满足高铁终端用户对于移动通信的需求,3GPP组织提出了铁路长期演进(Long Term Evolution Railway,LTE-R)技术。多入多出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)是LTE-R的关键技术,该技术可以在不增加系统带宽的同时,在发射端和接收端布置多根天线,在空间上提供分集和复用增益,从而实现大容量传输。MIMO采用多天线技术,导致各个终端用户间、各个数据流间存在干扰,为有效地消除这些干扰,就要求在接收机使用更复杂的检测方法来恢复原数据。但在实际应用中,接收机检测技术受到众多因素的限制,例如终端尺寸、高成本以及高复杂度等等。为此,应用于基站侧的预编码技术被提出,旨在有效消除用户之间存在的相互干扰,降低接收端处理接收信号的复杂度。本文针对基于高速移动通信场景的MIMO系统预编码技术进行了研究,作者的主要贡献有如下几点:(1)首先对经典的MIMO预编码算法和已提出的高速移动环境下的预编码算法进行研究,并介绍了多入多出系统多个用户的下行链路信道模型,推导出了MIMO系统多用户的信道容量。随后分析了高速移动环境下MIMO信道的特性,并基于此建立了高速移动环境下的MIMO通信系统模型。(2)在高速移动环境下的列车移动速度较快,导致此时的传输信道具有快速时变的性质,因此在一个数据传输周期内,信道状态信息(Channel State Information,CSI)会发生剧烈变化,发送端经历反馈时延后得到的CSI并不能准确地体现当时实际信道情况。针对此问题,本文提出了一种基于动态CSI模型的改进模代数预编码算法。该算法结合了信道的相关性和统计特性,组成发射端动态CSI模型,能够更贴切于实际信道情况。同时对传统模代数预编码算法进行改进,将通过遍历搜索的基于最大化信干噪比准则的多用户选择算法应用到模代数预编码中,能消除多个用户间的干扰,且提高系统预编码的精度,并提升信道容量。仿真结果表明,所提算法相比传统预编码算法具有更优的误码率性能和信道容量。(3)在实际的高铁移动通信系统中,由于无线信道的快速时变特性,若发射机的发射功率分配不合理,将会使得在信道严重衰落时无法获得通信服务质量保证,同时不能获取较好的信道容量。为了进一步提升系统的信道容量,本文还提出了一种基于迭代注水功率分配算法的改进模代数预编码算法。在高速移动环境下进行预编码设计时,该算法联合进行功率分配算法和用户调度算法设计,将基于贪婪准则的用户选择算法和迭代注水功率分配算法共同应用到传统模代数预编码算法中,不仅降低了误码率,还进一步地增加了系统的信道容量。通过对仿真数据进行分析,可以看出所提算法比典型的线性预编码算法和传统模代数预编码算法有更好的系统信道容量性能,更加适用于高速移动场景下的快时变信道环境。