随着无线通信技术的发展,通信性能与资源开销之间的矛盾越来越突出。在新的通信系统不断涌现的背景下,频谱资源的稀缺性以及静态频谱分配策略的低效性日趋明显,提高频谱利用率已经成为无线通信亟待解决的核心问题。而认知无线电技术提出了一种崭新的解决方案,其关键思想是使无线通信设备可以发现授权频谱段内的“频谱空洞”并合理利用所发现的“频谱空洞”,由此实现在不干扰授权用户的前提下对授权频谱的伺机接入,从而可以大幅提高频谱资源的利用率,有效地缓解频谱稀缺问题。即使在认知无线电领域内也存在着性能与效率的矛盾。频谱感知是认知无线电非常重要的一个研究课题,对频谱资源的准确感知是非授权用户利用授权频谱的前提;而作为一种重要的频谱感知技术,协作频谱感知被公认是提高感知结果可靠性的有效途径,但是在协作频谱感知中每次感知过程都涉及多个非授权用户的参与,因此感知性能的提升是以较高的系统资源消耗为代价的。本文的主要贡献在于研究如何高效而鲁棒地实现协作频谱感知,即以最小的资源消耗代价来获得可接受的感知结果精确度,同时也能遏制和抵御某些非法竞争频谱资源的行为。本文第三章研究了一种理想情况,即所有非授权用户的感知精确度(包括虚警概率和漏警概率)相同时的高效协作感知策略。本章首先提出了提高协作效率的主要途径,并给出了高效协作感知系统的框架,并在此基础上提出改进的Chair-Varshney融合判决准则。在给定目标感知精确度的前提下,可以通过改进的Chair-Varshney准则得到需要参与感知的非授权用户数目,然后通过随机选择的方式挑选非授权用户参与感知,并将感知结果汇报给判决融合中心进行最终判决。仿真结果表明,只需要较少的非授权用户数目即可以达到目标感知精度,从而实现了资源的节省和效率的提高。本文第四章研究了非授权用户感知精确度存在差异时的协作感知策略。这种情况下难以通过理论推导得到参与感知的最优非授权用户数目,但是本章通过对每个非授权用户的历史判决正确率的估计,利用迭代式搜索的方式选择最合适的非授权用户参与感知,从而实现以最小的感知用户数目达到目标感知精确度。仿真结果表明,这种协作感知方法具有较快的收敛特性;同时可以在目标感知精确度满足一定要求的同时,最小化参与感知的用户数目,从而降低系统的资源消耗;此外,该方法对于谎报感知信息的恶意节点也具有一定过滤能力。