随着宽带接入及移动互联应用的快速发展,传统静态频谱分配方式已无法满足用户需求。认知无线电技术通过支持认知用户(Secondary User,SU)共享使用主用户(Primary User,PU)的授权信道,并利用资源分配等方式避免对主用户的正常通信造成干扰,可有效提高频谱利用率。另一方面,中继通信技术通过为源节点选择合适的中继,实现系统吞吐量提升并扩大网络覆盖范围。在认知无线电网络中应用中继通信技术,可以降低认知网络的功率消耗和对主用户的干扰,提高能量效率、吞吐量以及网络覆盖范围。本文首先对认知中继网络的关键技术与研究现状进行阐述,并对目前认知中继网络资源分配存在的问题和挑战做出总结。基于此,本文提出了两种针对不同网络场景的认知中继网络的资源优化分配方案。针对多跳认知中继网络中认知源、目的节点对拟进行通信时的优化路由选择及功率、子信道分配问题,本文提出一种基于跳数和能效优化的联合路由选择及资源分配算法。首先根据认知用户对服务质量需求(Quality of Service,QoS)确定候选路由;进而针对各最小跳数候选路由执行基于能效最大化的功率及子信道分配算法,最后选择对应最大能效的候选路由及其资源分配方案作为最优路由及资源分配策略。所提算法综合考虑了认知用户QoS需求、最大发射功率、用户间干扰等限制条件,以路由跳数及能效作为联合优化目标,优化确定认知用户路由及资源分配策略,实现用户传输性能优化。针对使用互信息积累的认知中继网络中认知源、目的用户对的中继选择及资源分配问题开展研究,提出了一种基于功耗最小化的联合中继选择及资源分配算法,以确定最优中继及资源分配方案。该算法首先根据用户QoS确定候选中继节点,执行基于功耗最小化的联合中继选择及资源分配算法,进而选择对应最小功耗的中继及相应的资源分配方案。所提算法综合考虑了认知用户中继选择、功率控制及子信道选择的联合优化,实现认知中继网络传输性能优化。