无线电频谱是无线通信不可或缺的资源。近年来,频谱资源匮乏的问题随着无线通信数据量的高速增长而日益突出。针对上述问题,现有研究考虑通过系统间频谱共享的方式将空闲的频谱资源利用起来,进而提高频谱的使用效率。认知无线电则是实现系统间频谱共享的核心技术手段之一。频谱感知是认知无线电发现可用频谱资源关键技术,是实现灵活频谱接入的前提。协作频谱感知通过融合多个检测节点频谱检测结果,提高频谱感知的可靠性。本文主要针对认知无线电的协作频谱感知技术展开研究,通过改进协作频谱感知中的本地决策及信息融合技术,提升协作频谱感知的性能,进而提高整个认知无线电系统的性能。本文的研究内容包括全局信息融合技术、分级决策融合技术和本地多门限决策技术三方面。本文首先对协作感知中的全局信息融合技术进行了研究。在协作频谱感知中,信息融合中心将各个检测节点的本地决策结果进行融合,并对主系统信号是否存在做出全局决策。因此,全局信息融合是协作频谱感知的关键技术之一。全局信息融合策略的优劣,直接影响协作频谱感知的可靠性。本文设计了一种基于本地双门限的半软合并机制,该机制引入隶属度函数来生成本地决策结果,并通过基于权重的决策融合实现各检测节点检测结果的融合。仿真结果显示,本文提出的基于本地双门限的半软合并机制相对于传统的硬合并机制具有显著的优势,当参与协作频谱感知的节点较少时,性能优势更为明显。其次,本文对协作感知中的分级决策融合技术进行了研究。对于使用无线方式向信息融合中心报告本地决策结果的从系统来说,报告信道容量受限是协作频谱感知面临的一个关键技术问题。分级信息融合是解决报告信道受限的关键技术手段,通过对检测网络进一步划分层次,提高报告信道利用率,缓解报告信道容量受限的问题。本文提出了一种低开销的二级协作频谱感知机制,并推导了在加性高斯白噪声(AWGN)信道、瑞利和莱斯信道条件下,该机制的性能表达式。同时,针对数据传输时接入同一频谱空洞的从系统用户的簇间干扰问题,本文提出了提出了基于功率分配的预编码优化方案,显著改善了从系统接收机误码率性能。数值计算结果显示,本文提出的低开销的二级协作频谱感知机制在AWGN信道、瑞利信道和莱斯衰落信道下,性能均优于传统的基于单门限决策的二级协作频谱感知。第三,本文针对协作频谱感知中的本地多门限决策技术进行了研究。在协作感知中,检测节点可以通过采用更多bit对本地检测结果进行量化,实现比硬合并“更软的”信息融合,提高协作频谱感知的可靠性。在本地检测中产生多bit的本地决策结果要求在本地决策中设置多个门限,因此这种“更软的”信息融合也叫多门限决策机制。本文在已有研究的基础上提出了基于能量检测的自适应双门限决策协作频谱感知方案和基于多门限决策的协作频谱感知机制。自适应双门限机制降低了计算复杂度,延长感知时间,多门限协作感知机制在传统的硬合并与软合并之间进行折中,通过采用线性量化的方法得到本地决策结果,采用多个bit承载本地决策信息,有效减小本地决策结果中原始信息的损失。仿真结果显示,与传统的基于本地单门限的协作频谱感知机制相比,本文提出的基于多门限决策的协作频谱感知机制能够有效提高协作频谱感知的可靠性。