伴随着移动通信网络的飞速发展,未来移动通信进入了一个高速、实时、智能化的时代。更加智能化的生活给移动通信的研究带来了巨大的挑战。现有的多输入多输出(multiple input and multiple output,MIMO)系统均只考虑二维平面上的信号传播场景,已经远远不能满足未来生活的需求。国内外众多学者纷纷加入更多维度的MIMO系统研究当中,这种加入了竖直维度信息的通信场景被称为三维多输入多输出(3D multiple input and multiple output,3D MIMO)系统。首先本文详细讲解了二维多输入多输出(2D multiple input and multiple output,2D MIMO)系统扩展到3D MIMO的过程,对3D MIMO系统中的参数进行了详细地解释。同时分析了2D MIMO和3D MIMO系统抗干扰能力和系统容量的差异。并使用空间信道(Spatial Channel Model,SCM)模型对2D MIMO和3D MIMO的抗干扰能力和系统容量进行了对比仿真。实验结果表明,3D MIMO无论是从抗干扰能力还是系统容量均优于传统的2D MIMO。其次,本文对传统的2D MIMO场景下的常用算法和3D MIMO场景下现有的算法做了详细的介绍,并分析了每个算法的实现步骤以及优劣性能。基于多小区多用户模型,提出了一种新的3D MIMO波束赋形算法,称为3D博弈算法。3D博弈算法在水平维度利用了迫零思想,在竖直维度上使用了博弈论数学模型。分别求出自私博弈和利他博弈下的纳什均衡解,竖直维度上的波束赋形矢量为自私博弈条件下的解和利他博弈条件下解的线性组合。最终得到的3D MIMO波束赋形矢量为水平维度的波束赋形矢量和竖直维度的波束赋形矢量的乘积。将3D博弈算法与K-means算法进行仿真对比,仿真结果表明,相对于K-means算法来讲,3D博弈算法可以得到较高的系统容量。此外,3D博弈算法不仅可以避免3D码本设计问题,还可以减小3D信道矩阵的运算复杂度。