毫米波技术被视为5G的关键技术之一,该频段频谱资源丰富,能够提供的频谱比当前蜂窝频段大几个数量级,使用毫米波频段进行通信可以有效缓解当前频谱稀缺的问题。毫米波技术和大规模多输入多输出(multiple-input mutipleoutput,MIMO)技术相结合可以极大地提高系统容量。信道状态信息对于设计有效的混合MIMO预处理器非常重要。信道状态信息可以通过信道估计获得。毫米波大规模MIMO系统中,因为射频链路的数量少于天线数,信道估计是非常具有挑战性的。此外,在毫米波通信系统中,由于毫米波的波长短、衰落快以及使用了混合波束成形系统,需要重新设计毫米波系统的信道估计方法。传统的信道估计采用压缩感知算法。基于压缩感知的方法需要已知阵列响应知识,信道估计性能可能会因为阵列固有损伤导致的未知相位误差和天线间不相等的增益误差而遭受损失。本文设计了一种基于矩阵感知的信道估计方案,通过建立矩阵感知与毫米波信道估计的关系,利用毫米波信道的低秩特性,将矩阵感知算法应用到信道估计中。该方案对阵列固有损伤具有鲁棒性。通过对矩阵感知算法进行仿真比较,优选出具有最优性能的正则化变换凸函数差算法(regularization transformed difference of convex functions,RTr DC)。为进一步提升算法性能与加快算法迭代,本文提出一种基于RTr DC的改进算法——规范化RTr DC(normalized RTr DC,NRTr DC)算法。新提出的算法不仅能够成功恢复毫米波信道,而且不受阵列固有损伤的影响。通过实验结果可以看出,本文提出的NRTr DC算法在归一化均方误差(normalized mean square error,NMSE)上有着更好的性能。新提出的方案不仅不受阵列响应误差的影响,而且由此设计的信道估计器能够获得接近最优的频谱效率(spectral efficiency,SE)。研究表明,基于矩阵感知的信道估计器提供了一种高性能且鲁棒性强的信道估计方案,为后续毫米波信道估计提供一个有意义的研究方向。