基于 Householder 多级维纳滤波器的全联通WSN 分布式 LCMV 波束形成器方法
基于Householder 多级维纳滤波器的全联通
WSN 分布式LCMV 波束形成器方法
黄庆东，庞胜利，卢光跃
（西安邮电大学通信与信息工程学院信息与通信技术国家级实验教学中心，陕西西安７１０１２１）
摘 要： 针对减少分布式LCMV 波束形成器在全联通WSN 中的计算量问题，提出基于Householder 多级维纳滤
波器（H MSWF ）的分布式LCMV 波束形成器方法．该方法通过有效引入H MSWF 技术避免本地协方差矩阵估计及求逆运算，能以更少的计算量获得分布式LCMV 波束形成器相同的输出性能．另外，还可以在递推过程中进行合理截断处理来进一步降低运算量．计算机仿真结果验证了算法的优良性能．
关键词： 无线传感器网络；分布式信号估计；线性约束最小方差波束形成器中图分类号： TN ９１１．２３ 文献标识码： A 文章编号： ０３７２－２１１２（２０１５）０２－０２８３－０６电子学报URL ：http ：／／www ．ejournal ．org ．cn DOI ：１０．３９６９／j ．issn ．０３７２－２１１２．２０１５．０２．０１２
A Householder Multistage Wiener Filter Method for Distributed
LCMV Beamforming in Fully Connected WSN
HUANG Qing －dong ，PANG Sheng －li ，LU Guang －yue
（Informations and Communications Technology of National Experimental Teaching Center ，School of Communication and Information Engineering ，Xi ’an University of Posts and
Telecommunications ，Xi ’an ，Shaanxi ７１０１２１，China ）
Abstract ： ＤｕｅｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＬＣＭＶｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｉｎｆｕｌｌｙｃｏｎｎｅｃｔｅｄＷＳＮ，ａＨｏｕｓｅｈｏｌｄｅｒＭｕｌｔｉ－
ｓｔａｇｅＷｉｅｎｅｒＦｉｌｔｅｒ（ＨＭＳＷＦ）ｂａｓｅｄｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＬＣＭＶｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｔｒｏ－ｄｕｃｅｓＨＭＳＷＦｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏａｖｏｉｄｔｈｅｌｏｃａｌｃｏｖａｒｉａｎｃｅｍａｔｒｉｘｅｓｔｉｍａｔｉｏｎａｎｄｉｎｖｅｒｓｉｏｎ．ＣｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙｉｔｃａｎｇｅｔｔｈｅｓａｍｅｏｕｔｐｕｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＬＣＭＶｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇｗｉｔｈｌｅｓｓａｍｏｕｎｔｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｔｒｕｎｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｒｅｃｕｒｓｉｖｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｏｆｕｒｔｈｅｒｒｅｄｕｃｅｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｅｗｍｅｔｈｏｄａｃｈｉｅｖｅｓａｎｅｘｃｅｌｌｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．
Key words ： ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ（ＷＳＮ）；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｉｇｎａｌｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ（ＤＳＥ）；ｌｉｎｅａｒｌｙｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄｍｉｎｉｍｕｍｖａｒｉａｎｃｅ（ＬＣＭＶ）ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ
1 引言
无线传感器网络（WSN ）技术中节点的计算量、网络的通信带宽以及算法的收敛速度是最重要的三个问题．
集中式处理方法［１］
虽然容易获取最优输出，但网络通信
量和计算量大．分布式处理方法［２～１０］
具有通信带宽小、节点处理能力要求低且算法可扩展性强等优点，引起普
遍关注．分布式参数估计（DPE ）［２～４］
通过网络节点交换中间局部估计结果来迭代估计参数向量．分布式信号估
计（DSE ）［５，６，１０］
类似于块处理算法，不需要对每个样本进行迭代估计，它对传感器数据进行基于波束形成技术
的网内压缩，节点间只需网内压缩形成的单通道（标量）
信号信息交互．因此DSE 算法比DPE 算法通信带宽小，能够工作在更高的数据率．DSE 算法中最优化分布式波
束形成器在一定条件下可通过自适应途径解决［５，８，１０］
．文献［５］研究了无约束分布式节点特定的信号估计，每个节点估计不同的信号，某节点的期望信号源可能是另一节的干扰源；文献［８］研究线性约束节点特定的信号估计，需要多通道传输线性约束．在此基础上，文献［１０］提出并研究了分布式线性约束最小方差（D －LCMV ）波束形成方法，每个节点估计相同的信号，具有相同的线性约束；它只需单个通道用于网内压缩信号传输，且每个
收稿日期：２０１４－０１－１０；修回日期：２０１４－０７－１３；责任编辑：蓝红杰
基金项目：国家自然科学基金（No ．６１３０１０９１，No ．６１２７１２７６）；陕西省教育厅项目（No ．１１JK ０９２９）
第２期２０１５年２月
电 子 学 报ACTA ELECTRONICA SINICA
Vol ．４３ No ．２
Feb ． ２０１５