近年来,随着LTE-R系统的提出,如何在高速铁路场景下发挥MIMO技术的性能是高速铁路无线通信系统研究的热点问题之一。直射路径存在于大部分高速铁路场景中,但直射路径一直被视为MIMO技术发挥优势的限制条件,因为它会使信道的相关性增强,导致信道矩阵秩的降低。但是,Sarris和A. R. Nix提出了通过通过优化天线间距的方法来保持LoS MIMO空间子信道的正交性。此方法为MIMO技术在高速铁路场景下的有效使用提供了理论依据。本文的创新点是推导了适合于高速铁路场景的最大容量准则,并根据该准则设计了优化天线阵和天线阵优化方法,分别在在分析信道和接近于真实高速铁路场景的信道模型中仿真研究该优化方法的性能。通过优化天线阵在确定性LoS信道和莱斯信道下的性能研究,可知优化天线阵的使用可以很大程度的提高信道的容量,但是该优化结构的设计是有一个固定的最优位置,当天线阵偏离最优位置小段距离范围时,容量基本保持不变,但是如果移位很大,容量会有很大的起伏,可知在大范围内使用单一架构的优化天线阵是不可行的。因此,为了保证蜂窝小区内信道容量的稳定,提出了天线阵的优化方法,实时调整天线阵方法和分段调整天线阵方法。同时,还分析散射多径对于不同秩的信道矩阵的容量影响。为了更好的反映真实高速铁路场景下无线信道的特征,使用WINNER Ⅱ D2a场景下的信道模型分析优化天线阵和天线阵优化方法在高速铁路场景下的性能,研究优化天线阵和天线阵优化方法在高速铁路场景下的适用性。