近年来,凭借在准时性、舒适性、安全性和稳固性等方面的优势,城市轨道交通成为人们出行首选的交通方式。然而,现有城市轨道交通所采用的基于通信的列车控制(Communication-Based Train Control,CBTC)系统,其列车运营、安全防护等关键功能高度依赖于复杂的地面设备,限制了轨道交通在提高运营效率、互联互通和大面积设备更换等方面的需求。作为城市轨道交通未来的研究和发展方向,车车(Train-to-Train,T2T)通信能够支持可靠安全、高密度和自动化的列车运行,具有很大的发展空间和潜力。因此,研究T2T通信对保证城市轨道交通系统发展需求和性能提升具有重要意义。本文通过查阅文献,分析T2T通信和城市轨道交通数据通信系统的研究现状和未来发展,对基于毫米波的T2T通信性能进行研究,主要研究内容如下:(1)提出一种基于混合预编码的T2T通信传输方案。在直行场景下,发送列车和接收列车的通信机制采用混合预编码结构,可在保证系统通信可靠性的同时,进一步降低系统的硬件设计成本。同时,本文还提出一种基于相位提取的交替最小化算法,其中,相位提取是针对模拟射频(Radio Frequency,RF)预编码器过程值的一个求解方法,该方法通过一系列的矩阵运算将乘法问题转化为加法问题,进而转化为相位求解的问题;交替最小化即通过固定其中一个矢量,交替求解另一个矢量。该算法简化了数字基带预编码和模拟RF预编码的设计过程,且降低了计算复杂度。与模拟预编码和全数字预编码方案相比,所提方案具有明显的优越性。另外,针对数据流数目、RF链数目和T2T通信距离对系统性能影响部分的分析,可以给实际设计提供一定的理论指导。(2)提出两种基于位置辅助的波束对齐方案。在转弯场景下,列车位置和角度的快速变化会造成频繁的波束中断,因此需要研究两辆列车之间的窄波束对准问题。本文首先计算了与天线数目和列车平均速度有关的波束相干时间,为T2T通信调度算法的实施提供参考。然后为了简化波束搜索过程,本文提出了两种算法,分别为基于位置辅助的邻居搜索(Location-Assisted Neighbor Search,LANS)算法和基于位置辅助的角度比较(Location-Assisted Angle Comparison,LAAC)算法。由于在相同性能的情况下,后者复杂度更低,因此本文主要针对LAAC算法展开研究。该算法利用T2T通信交换的列车位置信息来估计波束的偏转角度,并通过比较估计的波束偏转角和参考相位角得到模拟波束赋形和组合矢量。最后,本文考虑了位置估计误差对所提算法的影响,证明了算法的鲁棒性。本文共有图38幅,表5个,参考文献79篇。