一种异构蜂窝网络中基于谱聚类的频谱资源分配方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109327838A(43)申请公布日2019.02.12(21)申请号201811384950.3(22)申请日2018.11.20(71)申请人吉林大学地址130000吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人钱志鸿杨冰涛王雪黄岚初明蒙武杰(74)专利代理机构北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11465代理人李冉(51)Int.Cl.H04W16/10(2009.01)H04W72/04(2009.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种异构蜂窝网络中基于谱聚类的频谱资源分配方法(57)摘要本发明公开了一种异构蜂窝网络中基于谱聚类的频谱资源分配方法，包括：S1：将异构蜂窝网络环境中的用户作为顶点，构造出无方向权值连接图；S2：对无方向权值连接图的边赋权值，构建相似度矩阵；S3：基于相似度矩阵求得规范化拉普拉斯矩阵，计算规范化拉普拉斯矩阵的特征值和特征向量，得到第一矩阵，将第一矩阵每一行规范化成范数为1，得到第二矩阵；S4：利用聚类算法对第二矩阵进行聚类，实现对异构蜂窝网络用户的分簇；S5：对步骤S4的得到的各个簇分配不同的频谱资源。本发明整体方法复杂度低，且该方法能够提高频率资源的利用率，最大限度的降低系统内的干扰，可有效保障用户的服务质量。CN109327838ACN109327838A权利要求书1/3页1.一种异构蜂窝网络中基于谱聚类的频谱资源分配方法，其特征在于，包括：S1：将异构蜂窝网络环境中的用户作为顶点，构造出无方向权值连接图；S2：对无方向权值连接图的边赋权值，构建相似度矩阵；S3：基于相似度矩阵求得规范化拉普拉斯矩阵，计算规范化拉普拉斯矩阵的特征值和特征向量，得到第一矩阵V，将第一矩阵V每一行规范化成范数为1，得到第二矩阵U；S4：利用聚类算法对第二矩阵U进行聚类，实现对异构蜂窝网络用户的分簇；S5：对步骤S4的得到的各个簇分配不同的频谱资源。2.根据权利要求1所述的一种异构蜂窝网络中基于谱聚类的频谱资源分配方法，其特征在于，步骤S1具体包括：在异构蜂窝网络中，将宏蜂窝用户和微蜂窝用户看作图的顶点，构造一个无方向权值连接图G＝(V,E),V＝{v1,v2,…,vn}是异构蜂窝网环境下的用户集合，假定总共有n个用户；E表示连接顶点的边的集合。3.根据权利要求2所述的一种异构蜂窝网络中基于谱聚类的频谱资源分配方法，其特征在于，步骤S2具体包括：利用高斯核函数，对G中的边赋权值，构建相似度矩阵W＝(wij)n×n，其中，其中，wij表示图G的第i个样本点和第j个样本点之间的权值，亦可称为相似度；SINRi,j表示两点间的信干噪比；σ为尺度参数；W＝(wij)n×n表示相似度矩阵，因为G是无向图，故wij＝wji，即相似度矩阵为对称矩阵；在异构蜂窝网络环境中，仅考虑下行链路，则干扰可分为三种，分别是：微蜂窝用户和宏蜂窝用户之间的干扰，微蜂窝用户和微蜂窝用户之间的干扰，宏蜂窝用户和宏蜂窝用户之间的干扰；则SINRi,j的取值分以下三种情况考虑：为方便推导出SINRi,j，规定在异构蜂窝网络中，有一个宏蜂窝基站和若干个微蜂窝基站，则整个小区的集合表示为S＝{1,2,…,S}，其中序号1表示宏蜂窝基站，其他的表示微蜂窝基站；Mi表示小区i中的用户集合，小区i中的用户数为Mi；假设所有的基站都装配全向天max线，第i个基站的最大传输功率表示为Pi；(1)微蜂窝用户和宏蜂窝用户：当未经授权的宏蜂窝用户移动至微蜂窝基站的覆盖范围内时，将受到微蜂窝基站严重的下行干扰，则其中，表示基站ib与用户i之间的路径衰落；Si表示用户i所在的小区簇的小区的集合；(2)微蜂窝用户和微蜂窝用户：这种情况下从以下两方面考虑：(21)当两个微蜂窝用户属于同一个微蜂窝时，则2CN109327838A权利要求书2/3页其中，表示基站ib与用户i之间的路径衰落；Si表示用户i所在的小区簇的小区的集合；Emax表示用户簇整体干扰的上界；(22)当两个蜂窝用户不属于同一个微蜂窝时，则其中，表示基站ib与用户i之间的路径衰落；Si表示用户i所在的小区簇的小区的集合；(3)宏蜂窝用户和宏蜂窝用户：其中，表示基站ib与用户i之间的路径衰落；Si表示用户i所在的小区簇的小区的集合；Emax表示用户簇整体干扰的上界。4.根据权利要求3所述的一种异构蜂窝网络中基于谱聚类的频谱资源分配方法，其特征在于，步骤S3具体包括：S31：相似度矩阵的确定：在S2中，求得相似度矩阵W＝(wij)n×n，即：S32：度矩阵的确定：在图论中，对于某一个图，规定其相似度矩阵的每行元素的和为该顶点的度，故图G的度矩阵D＝(dij)n×n可定义为：S33：规范化拉普拉斯矩阵：基于S31