[发明专利]一种基于改进模糊聚类的D2D资源分配方法

权利要求书

1.一种基于改进模糊聚类的D2D资源分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1,使用基于改进的模糊聚类算法将D2D用户划分为若干个D2D用户组，使多个D2D用户复用同一CU用户资源；

其中，对D2D用户进行划分的方法具体为：

步骤1，对于D2D用户集，初始化聚类中心集V_k、分组数t、收敛阈值ε，设定初始迭代次数a＝1，最大迭代次数a_max；

步骤2，根据下列公式计算第j对D2D用户在第k个分组中的隶属度矩阵u_k,j：

步骤3，根据下列公式对隶属度矩阵u_k,j进行修正，得到修正后的隶属度矩阵u'_k,j：

步骤4，将修正后的u'_k,j代入下列公式，计算聚类中心v_k：

其中，N为D2D用户对的数量，d_k,j为第j对D2D用户与聚类中心v_k的欧氏距离，m为模糊加权指数，x_j为第j对D2D用户的位置；

步骤5，若aa_max或者则算法停止，否则a＝a+1，跳转到步骤2，经过多次迭代，得到最终各类别的聚类中心v_k和隶属度矩阵u_k,j，完成对D2D用户的分组；

其中，为第a+1迭代更新后的隶属度矩阵，为第a次迭代更新后的隶属度矩阵；

S2.将CU用户的干扰容限平分至复用其资源的D2D用户组中的每一个用户，根据CU用户的干扰容限计算每个D2D用户的最大发射功率，实现功率控制；

其中，计算每个D2D用户的最大发射功率的方法具体为：

为CU用户设定一个最小干扰容限将CU用户的干扰容限平分至复用其资源的D2D组中的每一个用户，使得：

其中，表示第j对D2D用户的发射端的发射功率，h_j,B表示第j对D2D用户的发射端在发射信号时对基站产生干扰的信道增益，|G_k|表示划分到第k个D2D组中的D2D用户的个数，由此式可得，满足该条件的D2D用户的最大发射功率为：

第j对D2D用户的最大发射功率表示为：

其中，P_max表示限定的D2D用户发射端的最大功率；

S3.在保证D2D用户组中每个用户复用CU用户资源后，信道容量增益是正值的前提下，用图论中的KM算法为每一个D2D用户组匹配最佳的复用资源来达到最大化系统吞吐量的目的；

其中，用KM算法为每一个D2D用户组匹配最佳复用资源的方法具体为：

步骤6，在选择复用的CU用户之前需保证复用信道容量增益是一个正值，即满足：

其中，表示第i条蜂窝链路的吞吐量，表示第j条D2D链路的吞吐量，表示蜂窝用户没有被D2D用户复用时第i条蜂窝链路的吞吐量；

步骤7，将划分到同一D2D组内的D2D用户看作一个整体，二分图的点集由M个可复用的蜂窝用户和t个D2D用户组组成，匹配中每条连线连接一个蜂窝用户和一个D2D用户组，表示D2D用户组复用对应蜂窝用户的资源，该匹配的权值就是复用信道上的传输容量，若第i个CU用户与第k个D2D用户组建立复用关系，权值表示为：

步骤8，在二分图中的D2D用户组中添加M-t个虚拟点，增加的点和蜂窝用户的链路权值表示为

步骤9，在构建二分图的基础上，用图论中的KM算法解决二分图的匹配问题，随着D2D用户数目的改变，分组情况也随之改变，D2D数目每改变一次，需要重新建立一次权值矩阵E；

KM算法具体流程如下：

步骤91，标识M×M矩阵E每一行和每一列的权重值：行的权重值表示为：g(x_p)＝max(E_p,q)，列的权重值表示为：g(y_q)＝0；

其中，E_p,q为矩阵E的元素，p＝1,2,3,…,M，q＝1,2,3,…,M；

步骤92，检查每一行每一列都至少有一个0，如果是，跳转步骤94，否则调整矩阵E的元素值为：E_p,q＝g(x_p)+g(y_q)-E_p,q；

步骤93，用最少的线覆盖矩阵中所有的零元素，如果线的个数等于M，当前矩阵可以得到最大的权值匹配；否则找到矩阵中没有被线盖住的最小的元素值a_L，调整未被盖住的行的权重为g(x_p)＝g(x_p)-a_L，调整列的权重为g(y_q)＝g(y_q)+a_L，并调整矩阵E的元素值为：E_p,q＝g(x_p)+g(y_q)-E_p,q；

步骤94，查找M个位于不同行和不同列中的0元素，它们的位置就是资源分配的结果。