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MIMO天线技术对于支持高数据传输、提高频谱利用率和提高功率效率方面有着极大的优势,目前MIMO技术已经广泛的应用于LTE、802.11n (WLAN)、HSPA系统中。然而,当前MIMO多天线技术的研究基本都局限于一维天线阵列系统中,即基站天线的水平波束面,当前的波束赋形技术、信道建模、信道估计等技术的应用也是以一维线阵天线系统为基础研究的。随着大尺度天线的研究越来越广泛,为进一步利用空间自由度、增大覆盖范围、控制小区间干扰,将天线布局扩展到垂直维空间,研究垂直波束赋形,使用面阵天线吸引了越来越多的研究。天线制造技术的成熟(如AAS天线阵列系统),促使这一研究的实现成为可能。所以适用于面阵天线的3D信道建模、波束赋形、用户选择、信道估计等技术也具有了很大的研究价值。本文基于对2D MIMO信道即SCM、SCME和IMT-A信道的研究,结合WINNER提供的参数及相关论文的指导,将信道由二维空间扩展到三维空间,以球形坐标系建模,引入了垂直角更准确的描述信道空间的特性。面阵天线的应用是实现3D MIMO系统的基础,本文通过调整面阵天线的天线间距与布局,对面阵天线的性能进行了仿真分析。面阵天线虽然带来了更大的空间自由度,但是也为波束赋形算法、用户选择算法以及信道估计与反馈带来了更大的复杂度与开销。本文基于面阵天线阵元之间存在垂直相关性,提出了适用于面阵天线的优化的迫零波束赋形算法和SUS用户选择方案,并对两种算法的性能与复杂度进行了仿真与分析。通过仿真发现调整面阵天线天线间距与配置,面阵天线可以获得与同等阵元数目的线阵天线相同的性能。但是面阵天线适用于大规模MIMO场景,相比于线阵天线可以提高空间利用率。基于面阵天线的优化的迫零波束赋形算法,在天线间距较小时,该算法与没有采用优化的迫零波束赋形算法性能接近,随着天线间距变大,相关性变小,优化算法性能降低。优化的SUS用户选择算法,与传统的SUS算法相比,通过仿真证明性能损失小于25%,但是运算复杂度可以有效的降低了50%,节省开销。