近些年来,随着各种各样通信业务的出现,人们对数据流量的要求逐渐增高,这促使无线通信系统必须提供更高的系统频谱效率。在新一代移动通信系统中,出现了不少技术用来提升系统的频谱效率,如大规模MIMO系统、3D MIMO系统、毫米波系统等。3D MIMO系统通过高维结构的天线阵列,不仅提供了大天线带来的信道增益,同时利用了水平和垂直维度上的自由度,大幅提升系统容量和频谱利用率。为了充分利用3D MIMO系统中的自由度、获得较高的频谱效率,在发射端获得信道状态信息就变得非常重要,但由于3D MIMO系统天线阵列的高维结构,对其进行信道估计存在一定挑战性。张量技术作为数学的一个分支,在处理高维数组的问题上具备独特的优势。本文利用张量理论技术对3D MIMO信道估计方法进行研究,提出基于张量理论的信道估计方案。本文具体的主要工作如下:第一,介绍了张量的定义与性质,通过其定义和数学运算的描述展示了张量在处理高维数组中的特点与优势。同时,介绍了张量分解的概念和作用,张量分解作为张量理论中的一个重要概念,其能够对高维数组进行分析,得到其内在的本质特征。第二,研究了基于张量分解理论的3D MIMO系统信道估计方案。在3D MIMO系统中,由于基站处采用了二维的天线阵列,系统的信道可以表示成高维数组的形式,采用传统矩阵化的信道估计方案将会大幅增加信道估计方案的计算复杂度。张量作为处理高维数组有效的数学方法,能够较好的处理3D MIMO信道估计的问题。本文通过利用张量技术首先给出3D MIMO系统的输入输出方程,其次将3D MIMO信道估计的问题表示成张量分解的问题,再利用张量分解技术有效的获得信道估计。第三,张量分解理论能够较好的解决3D MIMO系统中信道估计问题,但是由于噪声的影响,张量分解精度有待提高。为了减小由于张量分解不精确性导致的信道估计性能下降,本文提出了一种基于正交因子张量分解的3D MIMO系统的信道估计方案。该方案使发送导频序列满足正交的条件,以减小张量分解过程的不确定性,改善了张量分解过程的精度,有效的提升了基于张量理论的3D MIMO系统信道估计的性能。