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MIMO技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
原理
多输入多输出技术（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）是指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
图1是MIMO系统的一个原理框图。发射端通过空时映射将要发送的数据信号映射到多根天线上发送出去，接收端将各根天线接收到的信号进行空时译码从而恢复出发射端发送的数据信号。根据空时映射方法的不同，MIMO技术大致可以分为两类：空间分集和空间复用。空间分集是指利用多根发送天线将具有相同信息的信号通过不同的路径发送出去，同时在接收机端获得同一个数据符号的多个独立衰落的信号，从而获得分集提高的接收可靠性。举例来说，在慢瑞利衰落信道中，使用一根发射天线n 根接收天线，发送信号通过n 个不同的路径。如果各个天线之间的衰落是独立的，可以获得最大的分集增益为n 。对于发射分集技术来说，同样是利用多条路径的增益来提高系统的可靠性。在一个具有m根发射天线n 根接收天线的系统中，如果天线对之间的路径增益是独立均匀分布的瑞利衰落，可以获得的最大分集增益为mn。目前在MIMO系统中常用的空间分集技术主要有空时分组码（Space Time Block Code，STBC）和波束成形技术。STBC是基于发送分集的一种重要编码形式，其中最基本的是针对二天线设计的Alamouti方案，具体编码过程如图2所示。
可以发现STBC方法，其最重要的地方就是使得多根天线上面要传输的信号矢量相互正交，如图2-19中x 1和x 2的内积为0，这时接收端就可以利用发送端信号矢量的正交性恢复出发送的数据信号。使用STBC技术，能够达到满分集的效果，即在具有M根发射天线N 根接收天线的系统中采用STBC技术时最大分集增益为MN。波束成形技术是通过不同的发射天线来发送相同的数据，形成指向某些用户的赋形波束，从而有效提高天线增益。为了能够最大化指向用户的波束的信号强度，通常波束成形技术需要计算各个发射天线上发送数据的相位和功率，也称之威波束成形矢量。常见的波束成形矢量计算方法有最大特征值向量、MUSIC算法等。M根发射天线采用波束成形技术可以获得的最大发送分集增益为M。空间复用技术是将要传送的数据可以分成几个数据流，然后在不同的天线上进行传输，从而提高系统的传输速率。常用的空间复用方法是贝尔实验室提出的垂直分层空时码，即V-BLAST技术，如图3所示。
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）系统是一项运用于802.11n的核心技术。
802.11n是IEEE继802.11b\a\g后全新的无线局域网技术，速度可达600Mbps。同时，专有MIMO技术可改进已有802.11a/b/g网络的性能。该技术最早是由Marconi于1908年提出的，它利用多天线来抑制信道衰落。根据收发两端天线数量，相对于普通的SISO（Single-Input Single-Output）系统，MIMO还可以包括SIMO（Single-Input Multi-ple-Output）系统和MISO（Multiple-Input Single-Output）系统。
优点
无线电发送的信号被反射时，会产生多份信号。每份信号都是一个空间流。使用单输入单输出（SISO）的系统一次只能发送或接收一个空间流。MIMO允许多个天线同时发送和接收多个空间流，并能够区分发往或来自不同空间方位的信号。MIMO 技术的应用，使空间成为一种可以用于提高性能的资源，并能够增加无线系统的覆盖范围。
提高信道的容量
MIMO接入点到MIMO客户端之间，可以同时发送和接收多个空间流，信道容量可以随着天线数量的增大而线性增大，因此可以利用MIMO信道成倍地提高无线信道容量，在不增加带宽和天线发送功率的情况下，频谱利用率可以成倍地提高。
提高信道的可靠性
利用MIMO信道提供的空间复用增益及空间分集增益，可以利用多天线来抑制信道衰落。多天线系统的应用，使得并行数据流可以同时传送，可以显著克服信道的衰落，降低误码率。
大规模MIMO和MIMO区别
说到大规模MIMO最常想到的就是 T. L. Marzetta在2010年那篇文献中指出的：“by increasing the number of antennas at the base station， we can average out the effects of fading， thermal noise and intra-cell interference.”即通过增加基站端的天线，可以平均掉衰落、噪声、小区内干扰等，在分析方法上体现为大数定理、中心极限定理的应用，这样带来的一个好处是：大规模MIMO系统的信号处理方法不需要再采用复杂的非线性设计来避免上述提到的干扰，而只需要简单的线性设计即可实现较好的系统性能。比如在预编码方法研究方面（预编码/波束成形在Martin JIANG的回答中有详细的介绍）：传统的MIMO系统中一般研究非线性预编码方案，比如DPC（dirty-paper coding，脏纸），而大规模MIMO中一般采用线性预编码，比如MRT（最大比发送）、ZF（迫零）、MMSE（最小均方误差）。DPC这类算法的复杂度较高，随着基站天线数量的增加，若采用非线性预编码会导致基站的计算复杂度激增，显然DPC这类方法不再适用于大规模MIMO。此外，Lund University做了一些实际的测量（见文献“Linear pre-coding performance in measured very-large MIMO channels”），实验结果表明，在大规模MIMO系统中，采用低复杂度的线性预编码即可实现DPC预编码的98%的性能。
由此可见，天线数量的增加直接导致了信号处理方法的不同。引发了新的问题和挑战：
1、信道测量和建模。
Trigger：天线数增加后信道特性会如何变化，相关性、信道衰落特性等都需要测量和研究，而信道建模是理论研究的基础，如果信道模型是错的话，很多研究将失去意义。
2、导频设计以及降低导频污染研究。
Trigger：天线数目增加后，噪声、小区内干扰等非相关因素都会随之消失，而导频污染会成为限制大规模MIMO性能的唯一因素。如何分配导频、如何分配导频功率来降低导频污染等问题变得更为重要。
3、FDD模式下，下行信道估计、信号反馈、两阶段预编码等研究。
Trigger：下行信道估计的导频符号开销正比于基站天线数目（需大于等于天线数），然而相干时间内可发送的数据符号数目有限（比如200），导频开销过大会严重降低有用数据符号的发送，同理，用户估计出信道后，将信道状态信息反馈给基站亦需要较大开销，导致低频谱效率。
4、降低硬件开销的混合预编码结构和方法研究。
Trigger：传统的信号处理方法需要每根天线对应一个射频链路，然而射频链路非常昂贵，随着天线数增加，硬件和能量开销都会随之增大，所以如果设计和研究降低射频链路的预编码方案非常重要。
5、低精度硬件和非完美硬件下的信号处理研究。
Trigger：该问题仍然是由天线数增加导致硬件开销大的问题引发的，为了降低硬件的成本，通常会采用不完美的硬件（低成本、低精度硬件），在这种情况下如何进行信号处理，以及如何弥补硬件的不足。
6、其他利用空间自由度、统计信道状态信息、波束选择、天线选择等系列研究。
那么下面简要回答下最初提到的两个问题：1、大规模MIMO与MIMO的区别：天线数显著增加，导致信道的空间特性，信号的处理方法等方面均发生明显变化，引发了新的问题和挑战。2、MIMO与大规模MIMO中的方法是否可以通用：MIMO中的信号处理方法原则上可以直接用到大规模MIMO中，但是天线数增加后，MIMO的方法可能会表现出不同的效果，此外，MIMO中的方法会存在复杂度高的问题，通常不适用于大规模MIMO。而大规模MIMO的方法往往利用到了大规模MIMO新的特性，通常不适用于MIMO。
从MIMO到MU-MIMO：改变究竟有多大？
如今说起无线路由器，几乎已经成为每个家庭的标配。而且不少朋友已经对无线路由器有了较多的了解，比如11n标准、11ac标准、2.4GHz和5GHz双频段，再比如300M、600M、1200M、1750M传输速率等等。但如果你最近购买了高端无线路由器，你就会发现其包装盒上又有了一个新名词“MU-MIMO”，那么它又是什么意思呢？
其实MU-MIMO一词与802.11n时代的“MIMO”一词颇有渊源。MIMO，即Multiple Input Multiple Output（多输入多输出）的缩写，MIMO技术可简单理解为将网络资源进行多重切割，然后经过多重天线进行同步传送。其带来的好处是增加单一设备的数据传输速度，同时不用额外占用频谱范围；此外，其还能增加无线讯号接收距离。可以说，从11g时代54Mbps的传输速率，到11n时代的300Mbps，甚至是600Mbps的传输速率，MIMO技术功不可没。
但MIMO（也称SU-MIMO，即单用户多输入多输出）也有自己的缺陷——会产生MIMO间隙。简单来说就是目前我们熟悉的无线路由/AP大都有3-4根天线，但WiFi终端通常只有1-2根天线。而采用MIMO技术的无线路由/AP同一时间只能与1个WiFi终端建立连接和通讯，因此WiFi终端很难全部占用所有传输信道，即无法占满无线路由/AP的全部容量，这种差异就被称为MIMO间隙。
而进入802.11ac 2.0时代（即Wave2标准，引入了MU-MIMO技术），MIMO间隙的问题终于得到了解决，因为MU-MIMO技术可在同一时间让一台无线路由/AP同时将数据发送至多个客户端（需要强调的是，WiFi终端必须也要支持MU-MIMO技术），即同时为每一个客户端建立一个独立的“空间流”。
举例来说，目前支持4*4（每一条流的理论传输速率为433Mbps）11ac 2.0标准的无线路由/AP的整体理论传输速率可达1.73Gbps，当它与不支持MU-MIMO技术的1*1（1天线）WiFi终端连接和传输时，最高理论传输速率仅为433Mbps，同一时间其余的1.3Gbps的容量都被闲置；而如果无线路由/AP和客户端均支持MU-MIMO技术，那么这台路由器就可在同一时间最多与4个客户端进行连接和传输，这样AP的总容量就被充分的利用了。
那么该技术的实际应用效果如何呢？经过ZOL的实测（看详细评测请点击这里》》），当三个支持MU-MIMO技术的移动终端同时接入支持MU-MIMO技术的无线路由器时，手机端的传输速率最高可以达到220Mbps左右；而当三个支持MU-MIMO技术的移动终端同时接入仅支持MIMO技术的高端无线路由器时，手机端的最高传输速率为66Mbps左右，仅是MU-MIMO模式下的三分之一，差距可以说是相当的明显！
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