中国高铁以其方便快捷、灵活高效的特性逐渐成为国人首选的绿色出行方式,同时,第五代(The Fifth Generation,5G)移动通信技术的研究正逐渐兴起。高铁作为未来5G移动通信技术的一个重要且具有挑战的运用场景,受到了学者专家的广泛关注。要达到5G通信性能的要求,其中一项亟需分析的关键技术是高铁快时变信道估计。由于高铁场景的高速移动性以及极其复杂的地理环境,无线信道的快时变特性与常规场景相去甚远,这使得传统的信道估计算法不再适用。本论文旨在研究高铁场景的快时变信道估计技术,并通过贴合实际场景的仿真说明新信道估计器的性能。论文首先定义了中国高铁的几大典型场景及相应的特点,构建了一个多场景综合的高铁评估模型,分析了高铁场景无线信道的特性并使用测量的信道参数进行高铁信道建模,同时,简要讨论了无线链路传输使用的正交频分复用技术以及5G物理层的传输帧格式。其次,由于高铁信道的快时变性,采用基扩展模型(Basis Expansion Model,BEM)简化估计参数,而由于高铁信道的特性随着地理位置变化剧烈,现有的BEM使用相同的基函数估计变化的信道将会造成性能不一致的效果。通过推导了 BEM的均方误差下界,得到了由信道自相关矩阵的特征向量组成的优化基矩阵。经由分析,优化的基矩阵适用于高铁场景,因为高铁场景固定地点的信道自相关特性不随时间变化,因此可以利用历史车次的信道自相关矩阵预测当前车次的基矩阵,该适合高铁场景的模型被称为基于历史信息的基扩展模型(Historical Information based Basis Expansion Model,HiBEM),然后分别使用基于导频和无需导频两种方式估计HiBEM的基系数,其中无需导频的基系数估计采用了迭代的期望最大化算法,能够提高频谱利用率。最后,分析对比不同的信道估计方法估计高铁无线信道的性能和算法复杂度,结果表明高铁适用的HiBEM算法复杂度较小,且性能更优,链路仿真结果显示使用HiBEM方法得到的系统吞吐量能够达到5G无线通信的要求。