說(shuō)到大規(guī)模MIMO的定義，最常想到的就是 T. L. Marzetta在2010年那篇文獻(xiàn)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.”
即通過(guò)增加基站端的天線，可以平均掉衰落、噪聲、小區(qū)內(nèi)干擾等，在分析方法上體現(xiàn)為大數(shù)定理、中心極限定理的應(yīng)用，這樣帶來(lái)的一個(gè)好處是：大規(guī)模MIMO系統(tǒng)的信號(hào)處理方法不需要再采用復(fù)雜的非線性設(shè)計(jì)來(lái)避免上述提到的干擾，而只需要簡(jiǎn)單的線性設(shè)計(jì)即可實(shí)現(xiàn)較好的系統(tǒng)性能。
比如在預(yù)編碼方法研究方面（預(yù)編碼/波束成形在Martin JIANG的回答中有詳細(xì)的介紹）：傳統(tǒng)的MIMO系統(tǒng)中一般研究非線性預(yù)編碼方案，比如DPC（dirty-paper coding，臟紙），而大規(guī)模MIMO中一般采用線性預(yù)編碼，比如MRT（最大比發(fā)送）、ZF（迫零）、MMSE（最小均方誤差）。DPC這類算法的復(fù)雜度較高，隨著基站天線數(shù)量的增加，若采用非線性預(yù)編碼會(huì)導(dǎo)致基站的計(jì)算復(fù)雜度激增，顯然DPC這類方法不再適用于大規(guī)模MIMO。此外，Lund University做了一些實(shí)際的測(cè)量（見文獻(xiàn)“Linear pre-coding performance in measured very-large MIMO channels”），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中，采用低復(fù)雜度的線性預(yù)編碼即可實(shí)現(xiàn)DPC預(yù)編碼的98%的性能。
由此可見，天線數(shù)量的增加直接導(dǎo)致了信號(hào)處理方法的不同,引發(fā)了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)：
1、信道測(cè)量和建模。
Trigger：天線數(shù)增加后信道特性會(huì)如何變化，相關(guān)性、信道衰落特性等都需要測(cè)量和研究，而信道建模是理論研究的基礎(chǔ)，如果信道模型是錯(cuò)的話，很多研究將失去意義。
2、導(dǎo)頻設(shè)計(jì)以及降低導(dǎo)頻污染研究。
Trigger：天線數(shù)目增加后，噪聲、小區(qū)內(nèi)干擾等非相關(guān)因素都會(huì)隨之消失，而導(dǎo)頻污染會(huì)成為限制大規(guī)模MIMO性能的唯一因素。如何分配導(dǎo)頻、如何分配導(dǎo)頻功率來(lái)降低導(dǎo)頻污染等問(wèn)題變得更為重要。
3、FDD模式下，下行信道估計(jì)、信號(hào)反饋、兩階段預(yù)編碼等研究。
Trigger：下行信道估計(jì)的導(dǎo)頻符號(hào)開銷正比于基站天線數(shù)目（需大于等于天線數(shù)），然而相干時(shí)間內(nèi)可發(fā)送的數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)目有限（比如200），導(dǎo)頻開銷過(guò)大會(huì)嚴(yán)重降低有用數(shù)據(jù)符號(hào)的發(fā)送，同理，用戶估計(jì)出信道后，將信道狀態(tài)信息反饋給基站亦需要較大開銷，導(dǎo)致低頻譜效率。
4、降低硬件開銷的混合預(yù)編碼結(jié)構(gòu)和方法研究。
Trigger：傳統(tǒng)的信號(hào)處理方法需要每根天線對(duì)應(yīng)一個(gè)射頻鏈路，然而射頻鏈路非常昂貴，隨著天線數(shù)增加，硬件和能量開銷都會(huì)隨之增大，所以如果設(shè)計(jì)和研究降低射頻鏈路的預(yù)編碼方案非常重要。
5、低精度硬件和非完美硬件下的信號(hào)處理研究。
Trigger：該問(wèn)題仍然是由天線數(shù)增加導(dǎo)致硬件開銷大的問(wèn)題引發(fā)的，為了降低硬件的成本，通常會(huì)采用不完美的硬件（低成本、低精度硬件），在這種情況下如何進(jìn)行信號(hào)處理，以及如何彌補(bǔ)硬件的不足。
6、其他利用空間自由度、統(tǒng)計(jì)信道狀態(tài)信息、波束選擇、天線選擇等系列研究。
最后，下面簡(jiǎn)要回答下最初提到的兩個(gè)問(wèn)題：1、大規(guī)模MIMO與MIMO的區(qū)別：天線數(shù)顯著增加，導(dǎo)致信道的空間特性，信號(hào)的處理方法等方面均發(fā)生明顯變化，引發(fā)了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。2、MIMO與大規(guī)模MIMO中的方法是否可以通用：MIMO中的信號(hào)處理方法原則上可以直接用到大規(guī)模MIMO中，但是天線數(shù)增加后，MIMO的方法可能會(huì)表現(xiàn)出不同的效果，此外，MIMO中的方法會(huì)存在復(fù)雜度高的問(wèn)題，通常不適用于大規(guī)模MIMO。而大規(guī)模MIMO的方法往往利用到了大規(guī)模MIMO新的特性，通常不適用于MIMO。