近年来，随着无线通信技术的发展，人们对有限的频谱资源的需求越来越大。并且，由于传统的无线电频谱资源分配采用的是静态固定的分配策略，非授权用户不能在该分配策略下使用授权频段进行通信。这种分配策略会造成许多宝贵的无线电频谱资源经常空闲而没有得到合理有效利用。认知无线电技术是一种解决有限资源和服务需求之间矛盾的方案，它通过频谱感知发现可利用频谱空穴，通过频谱共享机会式地利用频谱资源，这样可以提高空闲频段的频谱利用率。频谱共享要求认知用户能够准确感知主用户的信息，其中协作频谱感知技术可以抵消多径衰落、阴影效应和接收机的不确定性等不利因素的影响，从而有效提高频谱感知的性能，实现优化的无线频谱资源共享。论文从不同的方面对协作频谱感知性能进行了研究。首先，协作频谱感知获得感知结果需要对多个用户的感知数据进行数据融合。对常用的数据融合方法进行了介绍，并列举了相应的改进方法。阐述了D-S证据理论的融合方法，为减少占用控制信道的带宽，在D-S证据理论协作频谱感知的基础上提出了证据理论计算的感知结果进行量化的方法。不仅感知性能与原方法相近且节约了传输带宽，同时二者性能均优于传统的硬判决方法。其次，在集中式协作频谱感知场景中，针对认知用户距离融合中心较远而无法直接报告感知数据的现象，提出了一种基于分簇和多跳的协作频谱感知方式。分簇可以减少报告信息对控制信道的占用，而多跳可以采用中继的方法转发其他认知用户的信息，同时采用Chair-Varshney准则对主用户信号进行判决。最终协作频谱感知的错误概率可以极大的减小。最后，在协作频谱感知系统中，针对认知用户数与认知用户的感知时长的参数优化问题，基于优化系统资源利用效率和归一化吞吐量的目标，建立了系统效用函数。在不同的检测概率和虚警概率的条件限制下，通过对用户数和感知时长的变化分析来求解系统效应函数的最优化问题。通过研究系统效用函数的变化曲线，初步提出一种快速寻找最优值的方法，并且通过仿真找出用户数和感知时长的最优值，从而实现系统效用函数的优化。