信道建模的核心在于使用数学的方式尽可能准确的描述实际信道。在对无线电磁波的传播有了深入的认识之后,人们使用一系列的参数来表征无线信道,并使用实地测量的方式来获得这些参数的统计特性,由此建立了针对不同场景的众多信道模型。本文主要研究3D信道的空间小尺度衰落情况,并在此基础上构建基于线性天线阵列和平面天线阵列的3D MIMO信道模型。本文首先研究了3D信道的角度谱和波数谱分布情况,通过增加俯仰角功率谱分布对信道多径形状因子进行三维扩展,提出了俯仰角影响因子。接着研究了在方位角功率谱为均匀分布时,不同的俯仰功率谱分布对信道小尺度衰落的影响,并分析在俯仰功率谱分布为高斯分布和拉普拉斯时,俯仰达波角和俯仰角度扩展对水平观察方向波数扩展的影响。然后本文根据上述研究成果修正了现有的2D Kronecker信道模型,提出俯仰角修正因子,并得到了基于线性天线阵列3D MIMO信道模型。并在此基础上进一步研究了基于平面天线阵列的3D MIMO信道建模方法,提出了在俯角度扩展较小时,基于平面天线阵列的3D MIMO信道模型。最后在FPGA平台上,使用表系统方法对3D MIMO信道模型进行硬件实现。通过对3D信道空间小尺度衰落的仿真分析,本文发现俯仰角影响因子能很好的表示多径波仰角维度扩展对水平观察方向空间相关性的影响。并且当俯仰达波角和俯仰角均方扩展较大时,使用3D信道多径形状因子能更加准确的描述在水平观察方向上信道的小尺度衰落情况。同时本文提出的3D MIMO信道模型能够更加简洁有效的建立符合实际信道情况的信道模型。