随着高速铁路的快速发展,列车操作控制系统为高速列车乘客实现“随时随地”通信的呼声越演愈烈。全双工通信技术为快速、安全地提供通信创造了条件。同时,随着全双工通信技术的不断应用,也发现一些有待研究的问题。如用户处于移动状态时,系统将受到多普勒频移的影响。因此,本文系统地研究了多普勒频移对全双工(Full-Duplex,FD)大规模多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)系统的影响,具体研究内容如下:首先,本文研究了单小区大规模MIMO系统中多普勒频移对系统性能的影响。主要从已知信道状态信息(Channel State Information,CSI)情形和未知CSI情形这两个方面,建立了系统模型。对于CSI已知的情况,通过对信道建模,并应用了最大比组合/传输(Maximum Ratio Combining/Transmission,MRC/MRT)处理以及大数定律,最终推导出了多普勒频移影响下的全双工大规模MIMO的上行链路渐近可达速率和下行链路渐近可达速率,并通过数值仿真得出了相应参数下的系统性能,并对不同参数下的系统性能做出对比,也证明了理论分析的正确性。对于CSI未知的情况,除了分析MRC/MRT处理时的系统性能,又增加了迫零接收/迫零传输(Zero-Forcing Reception/Transmission,ZFR/ZFT)处理与之进行对比。然后,本文研究了多小区大规模MIMO系统中多普勒频移对系统性能的影响。分别从已知CSI和未知CSI两种情形进行研究。对于已知CSI的情况,通过对信道建模以及应用MRC/MRT处理,最终分析出多普勒频移影响下的全双工大规模MIMO的上行链路渐近可达速率和下行链路渐近可达速率。对于CSI未知的情况,同样分析了在MRC/MRT处理下多普勒频移影响下的全双工大规模MIMO的上行链路渐近可达速率和下行链路渐近可达速率。从数值仿真上,可直观地看出多普勒频移对多小区全双工大规模MIMO系统的影响。最后,本文考虑了研究的实际应用场景。主要研究了高铁应用中全双工系统的设计方案,考虑多普勒频移的影响,介绍并分析了全双工中继系统。中继站采用MRC/MRT来处理信号,通过数学分析得出了系统可达速率的表达式,并比较了不同参数下的的性能,从仿真结果可以直观地观察多普勒频移对高铁系统的影响。当列车速度提升时,由于多普勒频移的影响,系统速率有所下降。仿真表明,可以通过增加一定数目的天线来维持系统速率,降低多普勒频移的影响。