3D MIMO是LTE-Advanced多天线技术后续演进的重要技术方向,也是5G通信中的关键技术之一,得到了众多学者的广泛关注和深入研究。传统MIMO天线阵列波束赋形只能通过利用水平维度信息来改变期望方向波束主瓣的指向,而3D MIMO场景下天线阵列可以有效的利用水平和垂直两个空间自由度使得波束主瓣的指向性更加精确和灵活。面对日益增加的用户通信容量和网络流量需求,3D MIMO场景下波束赋形技术为解决城市高层楼宇网络覆盖以及广场场景多用户集体流量需求提供了有效的方法,同时,也为小区通信速率的提升提供了新的处理手段。本文在对MIMO通信机理以及常用波束赋形算法研究的基础之上,深入分析了Capon波束赋形算法,算法的核心是通过调整波束赋形权值向量,实现在期望方向无失真条件下,使得阵列输出功率达到最小化。但传统的Capon波束赋形算法由于其只能利用水平空间自由度的局限性,并不能根据用户的角度信息进行有效而准确的波束赋形,为此,针对上述局限性问题,通过增加垂直空间自由度,将传统2D Capon算法改进为3D Capon算法,使得改进后算法适合在3D MIMO场景下使用。同时针对改进后算法在求解波束赋形权值向量过程中复杂度为3O(n)的问题,提出了基于QR分解的3D Capon优化波束赋形算法,算法联合了QR分解以及三角矩阵求逆算法将3D Capon波束赋形算法的复杂度降低到了2O(n)。进一步,利用该优化算法设计了多用户波束赋形方案,方案分别选择在垂直场景和水平场景中具有代表性的高楼场景和广场场景作为实际的多用户波束赋形方案设计对象。针对高楼场景根据用户分布信息的不同划分为相同楼层不同方位角、不同楼层相同方位角、不同楼层不同方位角三种情况进行仿真验证,同样将广场场景划分为相同场区不同方位角、不同场区相同方位角、不同场区不同方位角三种情况也进行仿真验证。现阶段进行3D MIMO场景下的波束赋形技术研究,可为未来5G通信技术提供关键方法,具有一定的现实意义。