多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术相对于常规的单输入单输出(Single Input Single Output,SISO)技术,具有更高的频谱利用率及信道容量,因此成为推动移动通信革命性发展的研究课题之一。本文通过对波达信号的功率谱分布空间信道模型的建立,并分析相应的MIMO系统性能,建立适用于具体传播环境的信道模型,研究无线通信系统的性能与收发端配置的天线、达波信号的功率谱分布及天线阵元间相关性之间的关系及对应的通用表达式及具体因素对MIMO系统的性能的影响关系。同时,本文针对几个典型的无线传播场景进行了研究,建立了不同适用于不同传播环境的信道参考模型及仿真模型,并提出相应的参数计算方法。本文主要从以下四个步骤展开研究:首先,分别以均匀线性和均匀圆形阵列为模型,分析波达信号角能量分布为均匀、高斯、拉普拉斯及其多边组合分布下MIMO系统空间衰落相关性,同时推导出相关性的表达式,并分析影响影响其数值大小的具体因素。其次,根据不同的信号功率谱分布,推导出均匀线性和圆形阵列的MIMO系统相关性及变化情况,同时对各种分布下的相关性提出了近似算法并分析算法的性能。实验分析结果表明,接收信号的衰落相关性主要受到功率谱分布的标准差、角度扩展及阵元间跨度等因素影响。增大功率谱分布的标准差或圆形阵列的半径、线性阵列阵元间的距离可减小相关性。此外,在一定的天线阵元距离范围内,近似算法能取得较好的效果。然后,针对具体无线传播场景下直达(Line of Sight,LOS)和非直达(No Line of Sight,NLOS)环境,将实际场景散射体的分布抽象化建立几何散射参考模型,同时基于复合正弦波叠加(sum of cisoids,SOC)方法提出信道仿真模型及两种高效计算信道仿真模型参数的方法,并将二者性能在计算复杂度和准确性方面进行了比较。结果表明,SOC信道仿真模型与参考模型的统计特性较吻合,可简化该无线传播环境下通信系统的建模设计与性能分析。最后,在海洋水面和底部都水平但表面非光滑环境下,研究了浅水区水声随机信道及其基于几何的宽带信道模型。首先针对研究环境提出合适的物理几何模型,在此基础上根据SOC原则建立仿真模型并提出一种新的参数计算方法,将采用该方法计算得到模型的性能与传统方法的在时间频率相关函数方面进行比较。实验仿真结果表明,该建模方法大幅降低对海洋通信系统研究的复杂度,并且参数计算方法相比传统方法更为高效简洁,可以保证理论分析的准确性。