目前,无线通信系统性能分析的主要理论依据是传统的排队论以及概率论与随机过程等数学工具,但对于复杂化和多元化的无线通信系统发展趋势,这些分析工具的局限性不断凸显。随机网络演算理论的提出和发展,为系统性能分析的研究领域提供了新的思路。首先,本文着重介绍了随机网络演算理论,包括：数学基础—最小加代数,两个核心概念—随机到达曲线和随机服务曲线,以及三个重要定理—缓存边界定理、时延边界定理和剩余服务定理。此外,简单分析了典型业务到达模型(泊松业务模型、复合泊松业务模型)和系统服务模型(GE信道模型、伯努利信道模型)。其次,在定义了认知无线电系统模型的基础上,通过独立情况分析和最小加卷积分析方法,分别对主用户和从用户的时延分布边界进行了理论推导。利用数值计算方法分析了这两种分析方法所得系统性能分析结果,此外,基于这两种方法对系统容量进行了分析,验证表明,独立情况分析能够提供更准确的性能边界。最后,以GSM网络和TD-SCDMA网络为例,将随机网络演算理论应用于网络拥塞分析中。针对语音业务和数据业务,建立合适的业务模型和服务模型,分别获得相应的随机到达曲线和随机服务曲线,推导出拥塞率分布函数,并利用实际网络数据对理论分析进行验证。结果证明,本文提出的模型与实际网络有较高的匹配度,进一步说明随机网络演算理论对实际无线通信系统性能分析具有积极的指导作用。