近年来,随着无人机产业的飞速发展,民用无人机的应用越发多样化,其对通信的需求已经不仅仅局限于无人机与遥控器之间点对点的通信,而是呈现出与蜂窝移动通信技术紧密结合的发展趋势,成为“网联无人机”。为了确保无人机通信的安全性和可靠性,彻底表征信道模型至关重要,而目前通用的信道模型多在二维平面进行建模,其3D化扩展也仅仅考虑了地面用户的信道特征,不能满足无人机信道的需求。本文采用统计建模的方法,在传统WINNER模型的基础上结合收发两端的信道特征对模型进行3D化扩展,以求更加准确和全面地描述无人机地空信道。论文的具体研究内容如下:首先,针对无人机用户的运动特征及3D MIMO技术的特点,提出了使用3D MIMO基站为无人机提供通信服务的想法。以WINNER标准为参考,使用Kronecker模型对2D MIMO信道与3D MIMO信道进行建模仿真,并对三维信道模型中的角度参数对系统性能的影响情况进行分析讨论。实验仿真结果表明,3D MIMO信道由于仰角维度的加入,信号能更好地在三维空间进行传输,从而使信道性能得以提升。其次,针对信道建模过程中到达角度参数受无人机飞行高度影响的问题,提出了基于VMF分布的高度相关模型。对收发两端的角度参数进行统计分析,使用高斯分布、指数分布和VMF分布模型对统计数据进行拟合,并根据统计数据的变化规律在VMF分布的基础上引入高度相关因子,提出与高度有关的角度参数模型。实验仿真结果表明,改进后的模型更适合描述三维场景中的角度参数分布情况。最后,在WINNER+信道模型的基础上,使用改进后的参数模型对三维无人机信道进行建模,阐述参数生成的具体过程,并对UMa场景和RMa场景下无人机视距传输的路径损耗模型进行校准,最终给出无人机用户在两种场景下传输信道的系统性能变化情况。