随着智能终端,特别是智能手机的兴起,新闻信息、电子商务和网络社交等无线应用得到了广泛使用,人们获得信息的途径变得越来越多样化,对信息的需求量变得越来越大。人们对无线通信系统的传输速率和服务质量提出了更高的要求。同时无线频谱资源的有限性和稀缺性,使得提高频谱利用率成为越来越紧迫的任务。认知无线电(Cognitive Radio,CR)作为提高频谱利用率的有效手段,自诞生以来受到了广泛的关注和研究,在该技术中认知用户在不降低授权用户通信质量的前提下,以多种方式复用授权用户频谱,以此增加了认知用户的通信机会,提高了频谱利用率。此外,多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术和协作通信技术(Cooperative communication,CC)可以提高系统容量和频谱利用率,增加系统的覆盖范围,也成为提高频谱利用率的重要技术。认知无线电和MIMO技术、协作通信技术的结合,可以进一步增加系统容量,提高频谱利用率。本文的主要工作如下:本文首先将MIMO技术和协作通信技术引入认知无线电网络,研究了协作认知无线电网络(Cooperative cognitive radio network,CCRN)中资源分配的问题,提出了一种时域、频域和空域资源联合分配的协作传输机制,该机制利用多天线认知节点担任中继,通过自适应的时隙划分与带宽分配,对两跳传输链路中的瓶颈予以消除,改善了授权用户的端到端传输性能,并且使参与协作的认知用户获得了通信机会,实现了授权系统和认知系统间的“双赢”。接下来,本文针对包含多个协作认知用户的场景,给出了一种考虑公平性的中继选择算法。该算法一方面采用比例公平的思想实现认知用户间的公平性;另一方面通过调整被选中继的奖励因子,使其获得公平的回报。所提算法能够改善授权与认知系统的数据速率,同时保证认知用户公平地获得回报。最后本文对协作认知无线电网络中认知中继的能量效率进行研究,通过将认知中继转发授权数据的能耗,纳入认知中继的调度权重的计算中,在损失一定数据速率和中继选择公平性的前提下,减少了认知中继的能耗,从而提高了认知中继的能量效率。通过动态地调整能量效率因子的值,可以使认知中继的选择在授权系统信息速率、认知中继选择公平性和认知中继能量效率之间进行合理的折衷。