摘 要：隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信面臨的最大問題是節(jié)點(diǎn)能量受限。無(wú)線攜能通信（SWIPT）技術(shù)為這解決這一難題提供了可能性。本文研究SWIPT安全通信系統(tǒng)的功率分配算法，采用博弈論進(jìn)行分析，提出一種基于Stackelberg博弈論的功率分配算法。根據(jù)所提算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明本文所提算法能有效提升系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵字：無(wú)線攜能通信；功率分配；Stackelberg博弈

信息是信息化社會(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息的地位與作用急劇上升，信息及通信安全問題因此而日益突出。因此，加強(qiáng)安全通信技術(shù)的研究是未來通信技術(shù)發(fā)展的迫切需要。安全通信是無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵方面。無(wú)線通信的安全性主要包含兩個(gè)方面：（1）不能影響到合法用戶對(duì)信息的接收，確保其通信的可靠性；（2）不能讓竊聽用戶得到任何有用信息，確保其對(duì)保密信息的不可知性。

1 無(wú)線攜能通信技術(shù)及Stackelberg博弈論

在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)能量一般是由電池供應(yīng)，電池更換非常困難，甚至不可能更換，比如放置在病人體內(nèi)的心臟起搏器電池。節(jié)點(diǎn)的電池一旦耗盡，就會(huì)立刻退出網(wǎng)絡(luò)，這將會(huì)直接影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期和整體功能的實(shí)現(xiàn)。從周圍的環(huán)境中收集可再生能源來給通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)供電，則不失為一種方便且經(jīng)濟(jì)環(huán)保的方法。

無(wú)線攜能通信，又稱無(wú)線能量與信號(hào)同步傳輸（SWIPT）是將無(wú)線能量傳輸與無(wú)線信息傳輸相結(jié)合的產(chǎn)物，是實(shí)現(xiàn)能量與信息的并行、同步高效傳輸。L.R.Varshner 首次提出了SWIPT的概念[1]。該概念一提出后就受到了中外學(xué)者的廣泛關(guān)注[2-4]。

Stackelberg博弈模型是一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)博弈模型[5]。Stackelberg均衡由經(jīng)濟(jì)學(xué)家Von Stackelberg在1952年首次提出，主要用來解決具有主從用戶結(jié)構(gòu)的決策問題。

2 系統(tǒng)模型

4 仿真結(jié)果與分析

在本小節(jié)中，我們將通過仿真來討論本文所提的基于博弈論的SWIPT系統(tǒng)中功率分配優(yōu)化算法的性能。在仿真中，我們隨機(jī)生成1000個(gè)TTI的信道，對(duì)優(yōu)化算法在各個(gè)信道中獲得仿真結(jié)果后去除極端數(shù)據(jù)后獲得了優(yōu)化算法的平均優(yōu)化目標(biāo)值。

圖2為優(yōu)化算法下的系統(tǒng)接收速率與SNR曲線圖。從圖中可以看到，隨著用戶節(jié)點(diǎn)所要求的SINR值增大，接收端接收速率呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，這表明應(yīng)用本文所提算法可以顯著提高系統(tǒng)性能。

5 結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)無(wú)線攜能通信技術(shù)和Stackelberg博弈理論進(jìn)行了介紹。然后，根據(jù)在惡意竊聽和人工干擾下的安全通信SWIPT系統(tǒng)模型，建立優(yōu)化問題，并提出了基于博弈論功率分配優(yōu)化算法。通過仿真驗(yàn)證本文所提算法能夠有效提升系統(tǒng)性能。

參考文獻(xiàn)

[1]. Varshney L R. Transporting Information and Energy Simultaneously[A] IEEE International Symposium on Information Theory[C]. 2008：1612-1616.

[2]. Grover P， Sahai A. Shannon meets Tesla： Wireless information and power transfer[A] IEEE International Symposium on Information Theory Proceedings[C]. IEEE， 2010：2363-2367.

[3] Huang K， Larsson E. Simultaneous Information and Power Transfer for Broadband Wireless Systems[J]. Mathematics， 2013， 61（23）：4444-4448.

[4] Zhang H， Song K， Huang Y， et al. Energy harvesting balancing technique for robust beamforming in multiuser MISO SWIPT system[A] International Conference on Wireless Communications & Signal Processing[C]. 2013：1-5.

[5]. Wang An， Cai Yueming，. A stackelberg security game with cooperative jamming over a multiuser OFDMS network[C]. 2013： 4210-4215.

作者簡(jiǎn)介

陳嫻雅（1990-），女，山西，碩士研究生，研究方向：無(wú)線通信領(lǐng)域中無(wú)線攜能通信技術(shù)及功率分配算法研究。