近年来,由于对高速公路智能、道路安全、避免车辆碰撞和交通效率的大量需求,车对车(Vehicle-to-Vehicle,V2V)通信受到了广泛的关注。对于V2V通信系统的开发,需要底层传播信道的知识,信道建模是通过可靠描述信道特性来研究实际物理衰落的有效解决方案。因此,对车辆无线电传播信道的深入了解对于调查和设计车辆通信系统至关重要。此外,多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术的优势可以满足对高数据传输不断增长的需求,并通过有效利用多径传播来提高链路可靠性。本文主要基于三维(Three Dimensional,3D)空间衰落信道模型,围绕MIMO多天线信道建模以及车载移动通信的应用展开分析,深入研究MIMO天线阵列、空间衰落相关性(Spatial Fading Correlation,SFC)、多普勒功率谱密度(Dopper Power Spectral Density,DPSD)以及信道容量,以分析模型的统计信道特性,为评估车载移动通信系统的性能提供了重要的理论基础。本文主要从以下三个方面进行了研究:首先,在传统T型交叉路口的基础上进行改进和拓展,以开发准确高效的传播信道模型,提出了一种通用的十字路口空间信道模型。文中提出的模型考虑了视距(Line of Sight,LOS)路径、单点散射路径和双点散射路径,利用几何信道模型描述密集街道环境中信号的传输特性,基于发射角(Angle of Departure,AOD)和接收角(Angle of Arrival,AOA)的关系,研究模型时域、频域和空域的统计特性,并与以往的车载信道模型进行对比,拓展了室外车载无线通信系统的分析与应用。接着,为了更好的评估隧道环境中V2V通信系统的传播特性,在上述模型的基础上进一步考虑了发射和接收平面波的仰角和方位角,针对特殊隧道视距和非视距(Non-Line of Sight,NLOS)移动传输环境下的V2V通信系统,提出了一种3D空间宽带MIMO信道模型。模型的发射机和接收机均处于移动状态,并对单点散射作出了具体分析,运用空间物理信道模型推导出空时频统计特性。深入研究隧道横截面半径、发射机和接收机的行驶方向和天线间距等统计特性参数对空间域信道的影响,以便于更好的分析隧道环境的车载移动通信系统的性能;根据物理信道模型设计出一种高效的复杂正弦波叠加(Sum-of-cisoids,SOC)仿真信道模型,比较两种模型的时间和频率相关函数,表明所提出模型的实用性与可靠性。最后,为研究5G(The Fifth Generation,5G)通信技术下的隧道环境中V2V通信系统的性能,构建出一种通用的3D非平稳宽带双簇信道模型。在提出的模型中,接收信道由LOS传播分量和经过双簇信道模型的NLOS传播分量组成;为了研究簇的非平稳特性,引入了一种生死算法对散射簇在阵列和时间轴上的出现和消失进行建模。通过统计特性研究簇的非平稳属性对MIMO信道的影响,包括空间互相关函数(Spatial Cross-correlation Function,SCCF)、时间自相关函数(Temporal Auto-correlation Function,ACF)和DPSD。对比双簇信道模型的数值结果与仿真结果和先前的测量结果,表明所提出的3D模型能很好的描述隧道环境中真实的5G车载通信。