现有的铁路通信系统GSM-R在高速度、高密度的高速铁路列车运行中,存在诸多挑战与需求,如高清视频监控行车安全,高度冗余与纠错的通信系统,时刻保障通信可靠性等。LTE系统以其显著的高数据传输速率和较低的系统时延,已经被国际铁路联盟确定为下一代铁路通信系统的演进技术。过渡阶段,可以将LTE作为GSM-R的冗余热备份网络,在异常情况下,由LTE进行语音和部分数据业务的传输,从而保障铁路通信正常进行。本文对基于LTE技术的高速铁路通信系统进行分析介绍,描述其网络架构及关键技术,探讨了从GSM-R向LTE-R演进的可行性,并给出了可能的演进模式。为了克服无线信道时变衰减给信号带来的影响,LTE系统采用HARQ技术来提高系统吞吐量和可靠性。然而,在LTE无线通信系统应用到高速铁路环境时,较高的移动速度、复杂的沿线环境将给系统HARQ性能带来较大的不利影响。本文首先对LTEHARQ在高速铁路场景下的性能进行了分析,结果表明,相对于不采用HARQ技术,带有HARQ机制的系统具有较低的误块率,较高的吞吐量；然而,相比于公网静止用户场景,高铁移动用户的性能有所下降；之后提出了一种增强小区重叠区HARQ传输性能的机制,即在重叠区某一位置开始降低最大重传次数,同时保存之后传输错误的和切换前未来得及确认的数据包,待接入目标小区后再由目标eNodeB重发这些数据包,进而在车载用户设备端合并解码。性能分析表明,保存错误包待接入目标小区后合并解码可使这些数据包在目标小区重发时的错误率降低55%,提升了吞吐量。相比于不降低最大传输次数,此方案在切换触发前给了新数据包更多的传输机会,使得接入目标eNodeB重传前转数据包时,吞吐量提升了12%左右。同时,高铁下快时变信道对LTE话音业务QoS保障提出了严峻的考验,本文针对这一问题进行了研究。整理分析了目前一些针对VoIP的降低延时、提高可靠性的研究方向,然后重点从调度方面入手,先就高斯白噪声信道,分析了调制编码方式对VoIP可靠性的影响,进而扩展到高速场景,结合HARQ技术,通过建立高铁信道下VoIP传输分析模型,对其性能进行分析,得出调度时为VoIP业务选择低阶MCS,可以降低中断率,减少传输次数,进而降低时延；最后针对话音业务,给出了一种新的MCS选择策略,可以在提高可靠性的同时不消耗过多的资源。