三维多天线(3D MIMO)技术是下一代无线通信网络(5G)的关键技术之一,研究3D MIMO技术的前提需要建立一个准确且实用的3D MIMO信道模型。针对该问题,本文根据WINNER标准建立适用于理论研究的3D MIMO信道模型,并深入分析3D MIMO多用户系统容量。本文的主要研究工作如下:第一,深入研究3D MIMO系统特性,并对比与2D MIMO信道与3D MIMO信道之间的主要区别。在WINNER标准的2D MIMO信道模型的基础上增加仰角维度,建立3D MIMO物理信道模型。第二,建立3D Kronecker信道模型。在3D MIMO物理信道模型的基础上推导发射端相关矩阵与接收端相关矩阵的封闭表达式,从而建立3D Kronecker信道模型,并对比3D Kronecker信道模型与3D相关信道模型的参数计算复杂度。最后利用蒙特卡罗仿真验证3D Kronecker信道模型的正确性,仿真结果显示3D MIMO信道相对于2D MIMO信道有更低的空间相关性和更高的信道容量。同时,也暗示Von Mises Fisher(VMF)分布更加适合描述3D MIMO信道中的角度分布问题。第三,建立3D Weichselberger信道模型。3D Kronecker信道模型不能有效的描述真实信道的特性,针对该问题,建立3D Weichselberger信道模型。并从理论上分析两种模型,并得出3D Kronecker信道模型是3D Weichselberger信道模型的特例的结论。仿真结果显示,3D Weichselberger信道模型能更准确的描述3D信道特性。第四,分析3D MIMO多用户系统。深入研究MIMO多用户系统,并对比2D MIMO多用户系统与3D MIMO多用户系统之间的差异,提出并证明了3D MIMO多用户系统容量大于或等于2D MIMO多用户系统容量的结论。