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无线通信系统作为全世界不可或缺的社会基础设施之一,在提供创新的通信服务的同时,还要应对不断增长的通信需求。多输入多输出(MIMO)技术在不增加带宽或发射功率的情况下,可以显着提高数据吞吐量和链路范围,为了在不同的频带中容纳更高的数据速率,需要先进的系统来紧密集成多个天线,研究人员对通过无线MIMO技术来实现更快的数据传输速率,超低延迟和更节能的通信系统的兴趣与日俱增。MIMO技术作为移动通信重点研究的一部分,也是第五代无线通信系统(5G)的研究范围,这些挑战涉及到新的频带和更大的带宽,在物理层面上的来说就是需要新的信道传播模型以及改进型的天线设计,有必要在车辆到车辆(Vehicle-to-vehicle,V2V)通信中引入5G通信技术。本文围绕二维、三维空间域的MIMO信道建模展开研究,针对移动散射体通信环境,推导并深入分析信道模型的概率密度函数、多普勒频移(Doppler Shift,DS)、空间相关性(Spatial Fading Correlation,SFC)和功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)等影响MIMO多天线系统性能的各个统计特性,为各种传播场景的无线通信系统的理论和仿真研究打下良好的理论基础。本文的创新工作可以划分为以下三个部分:首先研究一种高斯散射密度模型(Gaussian Scattering Density Model,GSDM),假设移动台(Mobile Station,MS)端的散射体呈高斯分布,通过推导得出到达角度(Angle of Arrival,AOA)和到达时间(Time of Arrival,TOA)的边缘概率密度函数(Probability Density Function,PDF),功率方位角频谱(Power Azimuth Spectrum,PAS)和功率延迟频谱(Power Delay Spectrum,PDS)的表达式,适当选择散射体密度的标准偏差,将单个几何模型应用于宏蜂窝以及微微蜂窝环境,将模拟仿真数据与实际测量数据进行对比从而验证提出模型的准确性。其次,为了反映5G宏蜂窝移动到移动(M2M)通信场景中干扰对象的分布区域,引进了一种3D圆柱MIMO信道模型,其中接收器(Rx)位于中心点,发射器(Tx)在散射区域之外。在提出的模型中,接收到的信号被构造为具有视距(LOS)传播的分量与非视距(NLOS)传播分量,这使得该模型具有足够适应各种5G无线通信场景的能力。此外,研究了统计信道传播特性,即两个不同传播分量的Tx和Rx在不同运动方向和时刻的空间互相关函数(CCF),时间自相关函数(ACF)和多普勒功率谱密度(PSD)。研究结果显示传播特性的数值分析结果与仿真结果非常吻合,这表明所提出的3D模型对于表征真实的5G宏小区M2M信道非常实用。最后,为更灵活准确的研究城市车对车(Vehicular-to-Vehicular,V2V)移动通信系统的传播特性研究了一种3D双圆柱几何传播模型,该模型中围绕在发射器和接收器的散射体包括固定和移动散射体,研究了用于窄带MIMO V2V多径衰落信道的3D参数参考模型,从参考模型中,导出了3D非各向同性散射环境的相应时空相关函数(Spatio Temporal Correlation Function,ST-CF)和时空多普勒功率谱密度(Spatiotemporal Doppler Power Spectral Density,SD-PSD)。通过分析3D空间阵列的相关特性曲线,仿真结果与一些经典模型数据比较显示出本模型提出的合理性,为未来进一步分析和讨论MIMO多径信道或5G MIMO信道特征提供了良好的理论基础。