大规模MIMO(multiple-input multiple-output)技术凭借其更高的频谱能量效率和链路可靠性等优势,成为第五代移动通信系统中的关键技术之一。为了发挥大规模MIMO技术的众多潜在优势,基站(base station,BS)获得精确的信道状态信息(channel state information,CSI)是必不可少的。大规模MIMO系统一般假设工作在时分双工(time division duplex,TDD)模式,利用上行和下行信道响应的互易性,避免了下行信道估计所需的巨大导频开销。将大规模MIMO技术应用于频分双工(frequency division duplex,FDD)系统可以获得更好的传输速率和链路可靠性。然而在FDD模式下,由于导向矩阵与频率和到达角有关,上行和下行信道响应并不是直接互易的,因此传统的下行信道估计方案所需要的巨大导频开销将严重影响系统的性能。此外,由于用户的快速移动,信道通常是时变的,导致下行反馈得到的信道状态信息快速过时。为了解决大规模MIMO系统信道估计面临的导频开销巨大、计算复杂度高、估计得到的信道状态信息过时等问题,本文将信道响应分解为到达角、时间延迟和时变的衰落系数,通过物理路径参数的互易性重新构建大规模MIMO系统的上行和下行信道响应,主要工作内容如下:首先,本文介绍了大规模MIMO的系统模型、信道估计原理和传统信道估计算法,着重研究将多径信道映射为到达角、时间延迟和衰落系数三个参数,以及在上行信道估计中提取这三个参数的方法。其次,考虑到到达角和时间延迟相比衰落系数变化的更慢,本文假设到达角和时延在一段时间内保持不变,提出了针对衰落系数的一阶泰勒展开模型,进一步提出了一种具有最优遗忘因子的RLS衰落系数跟踪算法,用以估计和跟踪时变的衰落系数。最后,在一阶泰勒展开模型的基础上,本文还提出了一种衰落系数预测算法,并且推导给出了有效预测区间。此外,本文还研究了利用上行和下行信道的物理路径互易性,根据信道参数构建上行和下行信道响应的方法。本文将多径信道响应分解为三个参数有效降低了信道跟踪与预测的计算复杂度,并且避免了大规模MIMO系统下行信道估计巨大的导频开销。