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多输入多输出(MIMO)技术作为提高无线通信系统频谱效率和链路可靠性的关键技术,已经得到深入而广泛的研究。近年来,一种被称作大规模MIMO的新技术以其特有的性能优势得到了研究人员的关注,如小尺度衰落和热噪声的影响被消除,可以利用波束成形技术把信号精确地集中在空间的某一个点以及更加精确地分辨每一个用户等。这些新的特性带来了系统性能数量级层面的提升。为了实施波束成形技术,精确的波达角(DOA)估计是前提条件。因信道传输条件的不同,信源可以分为点源、多径信号和分布源等,本文对这三种信号源的DOA估计进行了较为深入的研究。首先,本文对大规模MIMO系统中点源的DOA估计算法进行了较为深入的研究。基于经典的子空间类算法和旋转不变性,本文提出了一种改进的低复杂度的二维DOA估计算法,并对算法的复杂度进行了分析并仿真验证了算法的性能。结果表明所提算法具有和经典算法可比拟的性能和较低的复杂度。其次,本文对大规模MIMO系统中多径信号的DOA估计算法进行了较为深入的研究。首先介绍了多径信号模型和DOA估计的一般问题。然后介绍所提改进的估计算法的基本原理和步骤,最后仿真验证了算法的性能。结果表明,所提算法具有比传统算法更优异的性能。最后,本文对大规模MIMO系统中非相干分布源的DOA估计算法进行了较为深入的研究。本文在传统算法的基础上,结合波束空间变换技术,将数据矢量进行压缩,进而使算法的计算复杂度进一步地降低。本文推导了波束空间中的旋转不变性并利用这种旋转不变性进行非相干分布源的二维DOA估计。结果表明,本文所提算法具有较低的计算复杂度和较优异的性能。