近年来随着移动通信设备和互联网信息业务的发展,第五代移动通讯(5G)的系统的商用将在未来两年落地。以往的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)天线技术不足以支撑未来的所要达到的需求。大规模MIMO(Massive MIMO)是5G的核心技术之一,主要是在发射端和接收端配备上百根或者上千根天线,可极大程度提高系统的信道容量和传输速率。本文主要基于大规模MIMO的角能量空间形态进行建模并对天线阵列配制方案进行分析,研究空间选择衰落相关性、莱斯衰落情况下系统信道失效的极端情况,运用近似算法分析衰落信道模型对系统性能的影响,通过变化功率分配和基站天线数来有效提高阵列的频道效率。本文具体分为以下四个方面:首先,对MIMO阵列单个天线阵元接受信号相关因子进数学表征,并推导出两个相邻阵元的空间衰落相关性,分析当空间选择性衰落下波达信号到达角功率方位谱(Power Azimuth Spectrum)为高斯分布、拉普拉斯分布、均匀分布的表达式,通过数学方法简化并近似计算。当散射物过于复杂造成多类簇多种组合分布的情况下时,对具体情况进一步分析,导出这些情况下接收信号各衰落相关性通用式。比对近似仿真法和原方案的计算效率,并通过改变阵元间的距离同时结合到达角组合簇PAS对整体信道性能的优化提出有效方案。然后,根据未来5G发展的需求提出大规模天线阵列的必要性,介绍了大规模天线多种优势和阶段研究进程的重要目标方向,通过多个堆栈的叠加构建一些比较常用的大规模阵列形式。同时为更好提升大规模MIMO空间衰落性算法效率,考虑了在室外空间域散射环境下,建立多种大规模MIMO的平面波达信号模型,并能计算出阵元间衰落信号重要参数。基于普通信号传播大环境下大规模MIMO的均匀线性(ULA)与均匀圆形阵列(UCA),推导出各阵列的功率方位谱下衰落相关性的闭合表达式,遵循统计信道相关信息,分析不同阵列下的容量表达式,对比提出最优结构配置方案。数值仿真结果与实际信道测试较为吻合,对于大规模MIMO在多种环境下多径传播的接收阵列配制方案提供有效手段。最后,运用数学方法推到单独两个天线元素之间的数组因子并由此延伸到圆柱等大规模阵列因子表达式。讨论了特定场景下会导致大规模MIMO在莱斯衰落中失效的极端情况,主要发生在视距路径(Line Of Sight,LOS)向量之间或协方差矩阵与视距向量之间的非消失对齐。通过丢弃高度相关的同小区用户可以有效补偿这些性能失效的状况。在基于大规模MIMO的5G超大构架下分析了多用户MIMO针对不同信噪比级别的遍历信道容量。使用降低功率分配并增加天线数的方法,有效提高频谱效率,提出了一些基于基站的天线单位小区设计。对散射参数,相关系数分集性能进行仿真评估,使大规模MIMO系统在未来通信环境中可以更加高效的工作。