经济和科技的快速发展,带动了通信业务的急速增长,然而有限的频谱资源却大大的限制了通信业务的进一步发展。同时,频谱资源在使用上普遍存在分配不均,利用率低等缺点。在此背景下提出的认知无线电技术被认为是缓解通信频谱紧张现状的较为有效的方法之一。在认知无线电网络中,未授权用户(次用户)在授权用户(主用户)不存在或对授权用户造成的干扰低于给定阈值的情况下,可以占用特定频谱进行信号传输。协作技术因其高效性、高可靠性等特点,被广泛应用到认知无线电系统中。在协作认知无线电系统中,主要有两种协作情况,即次用户充当其他次用户中继和次用户充当主用户中继。论文研究了在主用户信道衰落较大的情况下,次用户通过充当主用户中继,协助主用户传输,增加主用户释放频谱的机率,从而提高次用户的系统性能。论文首先建立了一个协作认知单中继模型。在论文提出的模型中次用户根据感知结果决定传输方式,若主用户不存在,次用户便直接占用频谱;若主用户存在,次用户则协助主用户传输,在主用户传输结束后,次用户再占用每个时隙中的剩余时间进行传输。论文主要研究了频谱感知时隙与系统容量的关系,通过数学推导,证明了最优感知时隙的存在性和唯一性;又进一步提出了采用三分法获得动态最优感知时隙,达到优化系统容量的目的。在单中继协作研究的基础上,论文还提出了一种多中继认知协作模型。在提出的系统模型中,运用OFDM技术将频谱资源分成多个相互正交的子载波。主用户通过选择信道和中继进行信号转发,同时允许次用户占用剩余信道传输自身数据。在提出的模型中,主要从中继选择、信道分配、功率分配等角度,对系统容量进行优化。仿真结果证明,论文提出的动态感知时隙方法与传统的固定感知时隙相比,系统容量大概提高了6%;同样,论文中的多中继选择方案能够有效减小系统开销,提高认知无线电系统容量。