基于博弈论的无线携能通信系统的功率分配算法研究

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随着社会的不断发展,人们对无线通信技术的要求越来越高。功率控制技术能够有效调节发射机的发射功率,从而更高效地利用能量。因此,研究功率控制对无线通信的发展是极其重要的。本文采取博弈论的方法研究在SWIPT系统中如何有效地分配发射功率。根据不同的实际应用场景研究两种无线通信模型,即多用户干扰信道SWIPT系统模型和恶意窃听器及人工干扰下物理层安全的SWIPT系统模型。研究思路为:设计能够反映真实场景的系统模型;以最大化模型中各节点的通信质量为目标,在能量约束及发射功率约束等条件下建立优化问题;对优化问题进行理论推导,提出优化算法;编写仿真平台进行算法验证并分析仿真结果。首先,研究了多用户干扰信道SWIPT系统的功率分配问题。将多用户干扰信道通信模型中的每对发射机-接收机的链路看作博弈论中的参与者,每个参与者根据其他参与者的策略做出自己的策略,这种传输特点符合纳什均衡,因此采用纳什均衡分析此功率分配问题。经过理论推导,本文提出了分布式迭代注水算法。仿真结果表明此算法具有稳定性并能提升系统的性能。其次,研究有恶意窃听器及人工干扰的SWIPT系统功率分配算法问题。将系统模型中的源节点和人工干扰节点看作是买方和卖方,双方之间进行博弈,并最终达到一个均衡状态使双方利益达到最优。这种特点符合Stackelberg博弈论。因此,本文分别从买卖双方的角度分析,提出了基于Stackelberg博弈的功率分配算法,解出问题的最优解。分析仿真结果,所提算法能够对功率进行较好的分配,有效遏制窃听,使系统性能提升。
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