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第五代(the fifth generation,5G)移动通信系统将在2020年左右使用。5G系统的目的是为任何人和任何事物提供随时随地的连接。针对5G的应用,大规模多输入多输出通信就是其中最重要的关键使能技术,与此同时大规模天线阵列技术(Massive MIMO)引入了新的传播特性,并对5G信道建模提出了特定的要求。考虑到信道模型对于系统设计和性能评估是必不可少的,迫切需要覆盖各种5G技术和场景的精确和高效的信道模型。因此本文研究了针对5G应用的无线信道新的特征,提出适合Massive MIMO信道传播特征的二维(2D)随机信道模型,最后对3D MIMO信道建模提出了改进方法。本文首先介绍了针对5G应用,Massive MIMO信道研究的背景及意义并简述了大规模MIMO信道建模的发展。接着介绍了几种最新的信道建模方法,从中发现对于大规模MIMO一直存在两方面的问题,球面波前的信道建模以及非平稳特性。最后介绍了3D MIMO信道建模的改进方法。其次,本文针对目前Massive MIMO信道建模的理论框架存在的两个缺陷:(1)对于球面波前建模方法,目前大部分信道模型需要收发两部分的空间几何位置满足一定的要求,以便进行球面波前几何计算,但在实际信道场景中通常不会精确满足所提信道的空间几何要求;(2)信道的关键参数如簇生灭速率与信道实测分析并没有建立起对应的关系,所提的生灭过程仿真计算复杂度高,需要实现复杂度较低的建模方法。对于这两个缺点,我们提出一种基于2D几何模型的MIMO随机信道模型,用于捕获球面波前在实际传播环境中的行为。然后利用N状态马尔可夫过程来模拟由于簇在阵列上的出现和消失所导致的非平稳特性。最后,针对MIMO信道提出一种基于实测的3D MIMO统计信道建模方法,有效而准确地反映真实三维信道环境,提高信道模型的精度;通过外场测量提取大尺度参数的统计特征,生成大尺度参数的互相关矩阵来解决现有模型中该矩阵非正定的问题,利用线性模型统计建模3D MIMO信道的俯仰角扩展,增加垂直域角度扩展与距离的依赖关系,通过混合Von Mises Fisher分布来随机生成具有互依赖性的子径方位角和子径俯仰角;根据外场测量的统计分析确定信道模型的各个表征参数,生成3D MIMO信道系数。