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Massive MIMO技术作为最具潜力的5G关键无线传输技术之一,由于其可以提供更大系统容量和更高频谱效率的能力,受到了国内外的广泛关注。探索能够有效表达Massive MIMO信道传播特征的信道模型是至关重要的,信道模型有助于Massive MIMO技术、算法、产品和系统的评估和优化。本文研究Massive MIMO系统的三维信道建模,建立有效描述Massive MIMO信道传播特征的三维信道模型。论文主要内容如下:首先,本文研究了无线信道的多径传播和衰落特征,总结了广泛应用于MIMO信道建模的基于几何的随机信道模型和基于相关性的随机信道模型。然后,研究了Massive MIMO信道的传播特性,主要分析了近场效应和非平稳特性。分析了用球面波前建模近场效应,并研究球面波前的二阶近似,将球面波前简化为抛物波前,而不是平面的。大规模天线阵列轴的非平稳特性表明任意散射簇都不能影响整个阵列,Massive MIMO信道不能视为广义严平稳的。仿真结果证明,随着天线数的增加,Massive MIMO信道之间趋于正交。其次,研究了3D MIMO信道建模方法,分析了3D-UMa(城市宏蜂窝)和3D-UMi(城市微蜂窝)场景的传播路径损耗模型,仿真分析表明,路径损耗与载波频率成正比,视距条件的路径损耗小于非视距条件,建筑平均高度越高路径损耗越高。通过不同角度分布模型研究3D MIMO信道的空间相关性,仿真分析表明,Von Mises Fisher角度分布模型可以提供更大的信道容量。此外,提出了一种3D Massive MIMO Kronecker信道模型,引入生灭过程建模散射簇在阵列轴上非平稳演变。仿真结果表明,所提模型不仅可以表征天线相关性,而且可以描述散射簇在大规模天线阵列轴上的演变。最后,提出了一种适用Massive MIMO系统的基于随机散射簇的非平稳3D空间信道模型,采用抛物波前代替球面波前,降低了3D信道模型的计算复杂度。本文以空间散射簇分布情况为研究对象,通过引入散射簇的有效概率和有效散射簇两个物理概念,提出一种较为简单的基于散射簇空间位置信息的建模方法,并利用随机过程建模有效散射簇在阵列轴的出现和消失。此外,推导了模型的统计特性,仿真结果验证了所提模型的合理性。