在过去200年的工业化进程中,高强度的能源开发和温室气体排放,已对全球可持续发展构成了威胁。政府、产业界、学术界都在积极行动,研究新的节能减排方法,发展新的节能减排技术。铁路是国民经济的命脉,其单位国内生产总值(GDP,Gross Domestic Product)的能耗和排放都非常惊人。在实现绿色发展的过程中,利用信息通信技术改造铁路运输这一传统产业,形成新的铁路生产、管理、运行和服务模式,不仅能够发展绿色通信信息技术,还可以达到节约能源、降低排放的目的。因此,基于铁路应用场景开展移动通信网络的节能机制和方法的研究意义重大。铁路应用场景的移动通信网络,具有用户高速移动性,用户大规模群体移动性,用户移动线路高确定性,以及调度信息高QoS要求等特征。此外,铁路应用场景的移动通信网络在设计、运行、建设、维护上都需要满足铁路运输的许多特殊性,研究它的绿色节能机制和方法相较普通场景的公众无线通信网络有更大的难度和挑战,也有更强的实践意义。本论文着眼于铁路应用场景的移动通信网络,首先在总结相关领域国内外研究现状的基础上分析了铁路应用场景的技术需求,进而给出了铁路移动通信网络的能耗指标,并针对网络设备节能方法、应用业务节能方法和移动终端节能方法等问题进行了研究。这些工作为今后利用无线通信技术在铁路领域实现更好节能减排,进行更加深入细致地研究奠定了初步基础。本文中相关研究取得的主要成果和结论如下:1)定义了移动通信系统在铁路环境的典型应用场景,分析了组网特征和业务特征,探讨了铁路场景移动通信系统节能的技术难点,提出了常用无线通信网络节能方法对铁路应用场景的适配性问题。2)对各种无线移动通信网络采取的节能方法进行了系统性分类。分析了铁路应用场景下移动通信网的能耗体系,提出了铁路应用场景下移动通信网络能效指标和适用于不同层级的铁路运输场景的网络设备能耗体系。3)针对铁路应用场景移动通信网络的话务量随列车运行变化的特征,提出了一种动态调整基站设备发射功率的节能方法。基于切换(HANDOVER)流程设计了列车进入每个小区的自动检测方案,提出了改进的米里(Mealy)型有限状态机,并基于该状态机设计了基站设备在运行模式和节能模式间的动态转换机制。构建了一套基于真实蜂窝铁路网络测量数据的仿真环境,对节能效果进行仿真和数值验证。仿真结果表明,在不同基站部署模式、列车行车调度模式和列车运行速度下可以达到很好的节能效果,为减少铁路沿线基站设备的能源消耗提供了有前景的解决方案。4)改进了铁路应用场景移动通信网络的应用业务节能方法,针对铁路场景移动通信网的线状覆盖、高速移动、频繁切换和话务量随列车运行机制变化的特征,提出了一种基于增强多媒体广播多播(E-MBMS,Enhanced Multimedia Broadcast Multicast Service)业务的功率优化控制方案,其可以自适应调整基站的发射功率,以到达全网的功率最优化。设计了一种基于几何分组的优化机制以显著减少计算工作量,提升了节能效率。在此基础上,提出了一种将列车高速移动和信号电平变化都考虑在内的移动偏置参数。仿真结果表明,该解决方案可以有效提高多播组播业务中移动通信网络的节能效率和水平。5)充分考虑铁路旅客的多样性业务需求,提出了一种适用于铁路场景移动通信网络的移动终端节能方法。该方法将列车中的每节车箱部署为一个微小区(Femto-Cell),综合考虑Femto基站和宏基站组成的异构网络的吞吐量,设计了基于上行业务需求的动态移动终端节能方案。该方案中,可以根据缓冲区状态报告(BSR,Buffer Satus Reporting)自适应调整列车上移动终端的上行链路功率。仿真结果表明,该方案可以达到很好的终端节能效果,并且系统性能不受终端数量的影响。