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随着移动互联网以及云计算等应用的急剧发展,人们对于移动数据传输速率的需求越来越高。传统多天线(MIMO)技术对于支持高速数据传输有着极大的优势,并且已经广泛应用于LTE-A、802.11n等通信系统中。然而,传统MIMO技术局限于一维天线阵列,即基站只能在水平面控制波束信号。随着自适应天线阵列(AAS)技术的成熟,将天线布局扩展到垂直维空间以利用垂直空间自由度的三维(3D) MIMO技术能降低用户间干扰,进一步提高频谱效率,被认为是应对数据业务飞速增长的有效手段之一,也是当前标准化研究的重点之一。本文基于实际环境的信道测量数据对3D MIMO应用在真实三维环境中的性能进行了详细的分析和研究,主要的工作包括：(1)High Rise场景3D天线配置性能分析与多用户性能研究。High Rise场景中用户所处楼层的高度不同会使用户终端在垂直维空间上有较为明显的差别,也是3D MIMO一个典型的应用场景。本文首先分析了High Rise测量场景的水平维度与垂直维度角度扩展特性,可以看到在各个测量楼层水平位维度的角度扩展均值均大于垂直维度角度扩展均值。然后基于实际测量信道冲激响应对四种3D天线配置的性能进行了对比分析,发现对于单用户MIMO,纵向近距离分布的天线阵列在波束成形方面具有最优的性能；横向近距离分布的天线阵列则由于利用了水平维度角度扩展较大的信道特性更适合于空间复用传输。对于多用户MIMO,当用户处于同一楼层时使用横向分布的天线阵列性能较优；当用户处于不同楼层时,最合适的天线阵列结构是在垂直方向上布置近距离间隔天线阵列同时增大相邻两列阵列天线之间的横向间距。此外,论文讨论了不同发送天线数和不同用户数对系统性能的影响。(2)UMa场景3D MIMO性能分析。针对UMa场景中各个实际测量点,本文首先分析了信道容量随测量点的变化与信道增益及角度扩展的关系,然后给出各测量点在四种3D天线配置下的单用户MIMO发送波束赋形和空分复用性能,最后对所选取的典型双用户分布场景下四种3D天线配置的多用户MIMO性能进行了对比研究,并给出了相应的应用总结。