认知无线电是应对无线通信中频谱资源紧缺问题的具有发展前景的技术。认知无线电的基本思想是在频谱共享中采用分层的接入模型。非授权的从用户机会式地接入本来分配给授权主用户的频谱,并同时保证这一接入不能对主用户产生伤害性的影响。中继协作的无线通信是在认知网络中被广泛研究过的场景,认知网络中已经有多种中继转发方案被深入研究,例如放大转发方案和解码转发方案。在不同的中继转发方案中,中继节点在处理接收到的信号,并进行转发的过程中扮演的角色也不相同。物理层安全问题最初由Wyner提出,并在近几年逐渐受到了关注。虽然认知网络场景下的物理层安全问题显得尤为有意义,这方面的研究仍然非常不足。在本文中,我们介绍了双向中继认知网络及多入单出认知安全网络中的波束成形算法设计的研究。首先,本课题关注一个双时隙双向中继认知网络,其中包括一个主用户、两个从用户及多个中继节点。这些节点均配置单天线。我们的目的是在从网络发射功率受限和对主网络干扰受限的条件下,设计最优波束成形,使从网络的和容量达到最大化。其次,本课题研究了一个多入单出的认知安全网络,其中主用户和从用户同时进行保密通信。在认知安全网络中,考虑一个多天线的窃听节点,其信道状态信息已知。然而我们不假定这一窃听节点的窃听目标,这意味着无论是主网络还是从网络都有可能遭到窃听,并将这种窃听节点定义为未知目标的窃听节点。文章提出一种特殊的频谱租赁方案,用来应对目标未知的窃听节点存在下的安全威胁,即从网络帮助提升认知网络整体的安全性能并作为回报享有接入主网络频谱的权利。通过设计从网络发射端的发射信号协方差矩阵,使主、从用户安全速率的最小值达到最大化。