随着无线通信应用的日益发展,各种新型网络、业务和接入方式的不断涌现,现今的无线频谱资源已经越来越紧缺。因此,如何进一步提高频谱利用率,以满足爆炸式增长的无线业务需求,从而进一步提高无线系统的通信服务质量已成为下一代无线网络亟待解决的关键问题之一。认知无线电CR (Cognitive Radio)作为一种革命性的智能频谱共享技术,可在不影响主用户(Primary User, PU)通信的前提下,智能地利用大量空闲频谱以满足认知用户(Cognitive User, CU)的可靠通信,从而实现频谱资源共享,有效地提高了无线频谱的利用率,已成为现代无线通信领域新的研究热点。本课题以无线频谱资源的使用现状为背景,深入研究认知无线网络中的协作传输技术,通过认知用户之间的彼此协作以获得分集增益,实现动态频谱资源的公平高效利用与共享,提高无线频谱利用率,并构建集频谱感知,协作传输和频谱分配于一体的认知无线电通信系统,在不干扰主用户通信的条件下,有效的改善了认知用户的通信性能,主要工作和创新如下：(1)针对认知无线网络协作传输模型,提出了一种基于放大转发的机会协作传输方案。协作分集在认知无线网络中应用大多局限于频谱感知方面,并未将协作分集引入到认知无线网络的多用户通信中；然而,当主用户QoS要求很高时,往往认知用户的数据吞吐能力将明显下降,以致无法满足很多无线业务的通信要求,此时十分有必要通过认知用户间或主用户和认知用户间的相互协作提高通信性能。由此,提出了一种认知用户基于协作分集的协作传输方案,以在保证主用户的QoS的条件下,大大提高了认知用户的系统性能。在Rayleigh衰落环境下对所提出的协作方案的中断概率和平均误比特率进行了理论分析,给出了非协作传输和机会协作传输下的中断概率和平均误比特率的解析表达式。通过仿真实验表明,所提方案在保证了主用户可靠传输的同时,大大提高了认知用户的系统性能。这也说明了认知用户间的协作分集为认知无线网络带来了可观的通信性能增益。(2)针对多认知用户协作传输模型,提出了一种基于最佳中继选择的协作传输方案。在两认知用户协作传输方案的基础之上,进一步提出了基于最佳中继选择的多用户协作传输方案,以此获得多用户分集增益,提高认知无线电系统的传输性能。该方案在综合考虑了主用户的实时状态和传输链路质量,在认知用户不需要或无法使用直传方式传输数据的情形下,通过分布式中继选择策略,在认知用户节点的N个候选中继中,选择出一个接收信噪比最大的中继作为最佳中继,通过放大转发的方式为认知用户网络提供更为可靠的通信服务,大大的提高了认知用户的无冲突传输时间、数据吞吐量和系统的鲁棒性。在瑞利衰落环境下,对所提方案和协作传输方案进行了理论分析,得出了认知系统无冲突传输时间的解析表达式。仿真和实验结果表明,协作传输方案的无冲突传输时间明显大于非协作传输方案,在多个认知中继共存的条件下,基于最佳中继选择方案相对单个中继转发方案所获得的时间增益更加明显,这也说明了认知用户间的协作为认知用户带来可观的性能增益,并随着协作节点数的增大性能得到相应提高。(3)针对集频谱感知,协作传输于一体的认知无线网络通信系统,提出了一种基于主用户干扰功率受限的协作传输方案。在对认知用户协作传输方案的基础之上,进一步提出了联合考虑频谱感知精度、主用户干扰功率受限和最佳认知用户数据传输性能的用户协作传输方案,以在保证主用户有效传输的同时,最大化的改善认知用户网络的的传输性能。本文提出了一种新的基于解码转发的协作传输方案,该方案在综合考虑了主用户的实时状态和干扰以及认知用户的传输性能的条件下,鉴于认知无线网络传输过程中感知时间的长短与主用户的检测精度成正比,同时与认知用户的传输性能成反比,为了保证在主用户无干扰传输的同时认知用户有效数据传输,综合考虑认知用户的中断性能和主用户的检测概率,通过理论分析得出感知时间的最佳分配策略。理论上推导了该协作传输方案在瑞利衰落环境下的中断概率和平均误比特率,并得到了相应的解析表达式；仿真结果表明,该算法能够在保护主用户有效传输的同时实现认知无线网络中频谱感知与数据传输的有效折中。