[发明专利]多优先级用户频谱预测切换方法

权利要求书

1.一种多优先级用户频谱预测切换方法，其特征在于，包括：

步骤1，将SU在进行频谱切换的范围内划分为M个互不重叠的PU信道，按照其中心频率从小到大顺序，依次排列为φ_i为第i个PU信道，i为正整数；

步骤2，将CR系统的每一个时隙划分为三部分：频谱感知T_S、切换确认T_ACK和传输阶段T_D；

步骤3，根据步骤2的时隙划分，SU在切换确认T_ACK的时间间隔内，检测频谱切换完成的确认信号是否到来，以判断频谱切换过程是否结束，如果检测到，则整个频谱切换过程结束；反之，转至下一步骤；

步骤4，根据次用户的时延敏感程度对次用户进行优先级划分，依次排列为SU_j为优先级为j的次用户，j为正整数，其中，SU₁是具有最高优先级的SU，SU_L具有最低优先级，计算信道繁忙概率ρ_k，其中，L为优先级的级数；

步骤5，设定抢占门限值τ，根据SU经历过的传输时间长短判断该SU能否被高优先级SU中断传输过程，其中，中断权限判决依据为：

其中，T_elap为SU经历过的传输时间，τ为SU的抢占门限值；

步骤6，根据步骤4的优先级划分的结果和步骤5的抢占门限值τ，构建一个混合PRP/N-PRP M/G/m排队论模型表征SU的切换过程，将切换过程分为停留等待和切换至其他信道两种情况，分别计算等待时长，根据等待时长进行选择：

其中，E(·)表示数学期望，t_s为切换动作执行所需时间，W'表示停留等待条件下用户等待时长，W表示切换至其他信道条件下用户等待时长；

步骤7，在PU信号出现过程为泊松过程条件下，用SU的扩展数据传输时间来表征切换策略的性能，根据步骤4的优先级划分的结果，步骤5的抢占门限值τ和步骤6的混合PRP/N-PRPM/G/m排队论模型计算切换时延E(T_j)：

其中，n为中断次数，n_max为SU的最大中断次数，当SU的中断次数达到n_max后，再次被中断后，SU放弃该次传输，E(·)表示数学期望，p^k_i,j为中断次数为i的SU_j在信道k上再次被中断的概率，E(D^k_i,j)表示中断次数为i的SU_j切换等待时长，E(X_j)表示优先级为j的SU期望服务时长；

步骤8，根据步骤7的切换时延E(T_j)的表达式将SU_l的最优抢占门限值的选取归结为以下最优化问题：

E(T_j)表示切换时延；

步骤9，根据步骤8提出的最优化问题，利用DQN算法求取最优门限值，对新加入CRNs系统的SU，利用周边距离其最近的SU的Q函数及其参数对其进行初始化，然后，要求SU_j通过DQN方法寻找一个最优学习策略π，使得自己在下一时刻获得的回报最大，从而实现CRNs系统各优先级SU整体传输时延最小，即：

其中，γ_t是每一时间步长的折扣因子，为最优Q值函数，表示SU_l在最优学习策略π下，在(0,∞)时间范围内获得的最大折扣回报r_i(s,a)之和，s表示当前时刻状态，a表示当前时刻动作，s'代表下一时刻的状态，a'代表下一时刻的动作，s_t表示t时刻的状态，a_t表示t时刻的动作；

步骤10，根据步骤9，按照SUs的扩展数据传输时间由低到高的原则，对进行预测判决并排序，得到频谱切换接入时的目标信道序列

2.如权利要求1所述的多优先级用户频谱预测切换方法，其特征在于，所述步骤4中信道繁忙概率ρ_k为:

其中,ρ^k_p表示PU占用导致信道K繁忙的概率，ρ^k_j表示信道K被SU_j占据的概率。