作为新一代无线通信系统的核心技术,多输入多输出(MIMO, Multiple-input Multiple-output)传输技术能够极大的提升频带利用率和信道容量。随着MIMO技术的不断深入发展,建立准确的MIMO信道模型已成为MIMO时空编码,信号处理算法设计以及评价,系统性能评估等技术的重要基础。本文首先介绍了经典的无线信道基础理论,包括无线信道特性和相应的建模方法。同时对MIMO无线信道特性、建模技术进行了详细的研究与探讨,并介绍了典型的MIMO信道模型。本文重点研究三维(3D,3Dimensional)极化MIMO极化信道建模。从极化和MIMO空间特性两个方面进行深入探讨。首先研究了无线信道极化特性以及极化信道的建模方法,并给出了相应的典型极化信道模型。接着研究了3D MIMO信道的空间特性,针对已有模型没有考虑仰角,或者将水平方位角和仰角独立考虑的不准确做法,本文提出了联合功率角分布函数VFM (Von Mises Fisher), VFM可以同时考虑水平方位角和垂直方位角,使得功率角分布更加准确。同时提出的VFM联合分布函数的参数可以通过算法从具体的信道测量结果中获得,使其能够运用在各种不同的实际场景,具有很强的适应性和灵活性。结合信道极化特性和3D空间传播特性,本文提出一种新型可扩展的3D极化MIMO信道模型。模型考虑了MIMO信道的各种传播特性,包括角度色散、多普勒频移、多径衰落、极化传输、天线结构等等,能够精确地描述3D极化MIMO信道。同时作为双球模型和椭圆柱体模型的混合模型,其具有很强的可扩展性,通过模型参数的设置,可以适应于不同信道(瑞丽信道和莱斯信道),不同散射类型(直视,一次折射,两次折射),不同部署场景(宏小区,微小区,小小区)。接着基于提出的3D极化MIMO模型,本文推导了一种新型的闭式时空相关函数,并且通过相关性建模原理,给出信道系数的计算方法,极大的简化了信道矩阵的计算复杂度。最后通过计算机仿真,分析评估了不同场景和极化配置下信道系数和信道容量的性质,仿真结果也进一步验证了模型的正确性和可用性。