第五代移动通信技术(The Fifth Generation Mobile Communication,5G)可实现连续广域覆盖、热点高容量、低时延高可靠和低功耗连接四大技术场景,全面实现“万物互联、万物智能”。作为5G的关键技术,毫米波大规模多输入多输出技术(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)凭借空间分辨率高、信道容量大、抗干扰能力强、能源利用率高等优势,引发了国内外学术界的极大关注。本文基于改进的空间广义期望最大化算法(Space Alternating Generalized Expectation maximization,SAGE)对毫米波大规模MIMO信道进行实际测量与仿真分析,研究了接收功率、时延扩展、角度扩展等传播特性参数,为5G通信系统设计提供了参考依据。本文主要研究内容和成果如下:(1)本文介绍了大规模MIMO信道背景和研究目的,总结了有关毫米波频段、信道测量以及信道模型等研究现状,阐明了几种常见信道参数提取算法原理,比较分析了传统算法和SAGE算法的优缺点,详细阐述了SAGE算法的计算机实现过程。(2)针对到达角估计模糊问题,本文提出了一种几何光学辅助的SAGE算法。该改进算法通过逆向射线跟踪来修正到达角,充分考虑了无线电波的直射和反射。基于本文算法,对室外街道单输入多输出(Single-Input Multiple-Output,SIMO)信道进行参数提取,仿真结果表明修正后的到达角以及角度扩展准确度明显提高。(3)基于改进SAGE算法,本文开展了高铁候车厅场景大规模MIMO信道测量与参数提取工作。结果表明,该算法能够准确追踪天线阵列各个阵元的多径分量,包括多径分量的传播路径、传播机制及其所经历的散射体。采用基于多径分量距离(Multipath Component Distance,MCD)算法进行分簇,簇与簇之间存在明显的分界线。(4)针对室内高铁候车厅和室外天台场景,本文进行了毫米波大规模MIMO信道传播参数的研究。依据实测与仿真结果,本文研究了大尺度衰落特性、小尺度衰落特性以及丛簇特性,揭示了大规模MIMO信道的非平稳特性和球面波特性,为室内外高热点毫米波频段大规模MIMO信道建模提供了参考依据。