随着移动互联网的兴起和智能手机的普及,无线通信技术的发展也越来越受到人们的关注,人们对于移动通信质量的要求也越来越高。无线信道作为通信系统组成中的关键部分,一直以来都是通信研究领域的研究热点之一,无线信道的建模技术对于提高通信系统的资源利用率、降低信号衰弱和优化通信系统性能都具有重要的意义。本文主要研究了无线通信系统的信道衰落特性,并针对不同的物理场景建立了几何信道模型,分析无线信号在不同传播场景下到达角度(Angle of Arrival,AOA)、到达时间(Time of Arrival,TOA)的统计分布特性,推导了波达信号角度与时延的联合概率密度函数(Probability Density Function,PDF)以及大规模多输入多输出系统(Massive Multiple Input Multiple Output,MIMO)下多天线阵列的相关性,通过多组数据的分析与对比研究通信系统的性能。具体的工作分为以下几个方面:首先介绍了移动通信技术的发展和迭代,引出信道建模技术和无线通信系统中的信道衰落概念,详细分析了无线信道中的大尺度衰落和小尺度衰落,并介绍了衰落信道中经典的几何椭圆模型和圆环模型,为多场景下信道模型的建立打下基础。针对降雨环境下的郊区微蜂窝场景,建立了一种基于椭圆几何的单散射统计信道模型。本模型以郊区均匀分布的树木作为散射体,将降雨导致的信号传输环境的变化通过具体参数量化,将通信系统的发射端与接收端分别设置在椭圆散射区域的焦点,借助椭圆几何模型的对称性分析不同参数环境下传播信号的TOA、AOA概率密度分布以及联合PDF的变化情况,研究降雨对信号衰落的影响。并且在单次散射系统信道衰落特性的基础上,进一步研究经过二次散射后信道模型中波达信号的角度与时延分布情况,并通过单散射模型与二次散射模型的仿真对比,证实了降雨对传播信号的功率衰减作用,且随着散射次数的增加,信号的到达时延会明显加剧,这一结果有利于进一步分析衰落信道下通信系统的性能。最后,针对具有多天线阵列的大规模MIMO系统,建立了基站处具有均匀线性阵列(Uniform Linear Array,ULA)天线的三维几何信道模型,并根据信号源与基站天线的距离不同分别考虑了近场效应与远场效应,引入了球面波(Spherical Wave,SW)模型与平面波(Plane Wave,PW)模型模拟不同距离下的无线信号多天线传输情况。通过对不同情况下多天线系统信号平均相关性以及信道容量的分析,验证了信道模型的有效性,仿真结果表明近场效应有助于大规模MIMO系统的天线去相关性,从而提升多天线系统的信号传输稳定性以及信道容量,研究结果有助于进一步分析复杂天线阵列下的大规模MIMO系统信号传输特性。