近年来,各种无线通信服务和网络的蓬勃发展造成了对无线频谱资源的爆炸式需求,这种需求不可避免地造成了无线频谱资源匮乏。认知无线电网络和设备所具备的频谱检测能力和动态接入能力使其成为解决无线频谱资源匮乏的有效解决方案。值得注意的是,由于频谱检测方法是整个认知无线电系统的物理基础和根本保障,频谱检测和接入技术已经成为当前认知无线电领域最热门的技术。经过大量学者的不懈努力,基于用户合作的频谱检测方法在多个方面和不同环境中得到深入的研究和发展,同时涌现了大量基于单用户和多用户的频谱接入算法。然而,频谱检测和接入理论和算法仍然存在一些关键理论与实际问题需要解决。本博士论文针对这些问题展开研究,主要作出了如下创新性工作:1.提出了一种在认知无线电网络中的次用户并行合作检测方法。在本文提出的次用户并行合作检测方法中,当单个用户需要接入授权信道时,由基站通知网络内的其他次用户对网络中的授权信道进行并行检测。即不同的次用户同时对不同的信道进行检测,直到发现空闲信道。为保证次用户网络的性能,我们构造了一种基于合作次用户数目和信道速率的联合优化模型,并且给出了一种基于遗传算法的解决方法。利用该优化结果,本文提出了一种基于认知无线电网络的合作频谱检测协议。在最大化认知无线电网络性能的准则下,本文将该合作协议推广到饱和网络与非饱和网络中进行了性能分析。2.设计一种用于分布式认知无线网络的合作检测协议。在该协议当中,所有参与合作检测的次用户被分成若干个检测组。在一个检测周期内,每一个检测组检测一个信道。我们将这一种合作检测方法称为分组式合作频谱检测方法。通过使用这一方法,多个检测组在相同检测时间内可以对信道进行并行式的检测,因此保留了并行检测在提高检测效率方面的优势。同时,由于每个检测组中有多个次用户可以对同一个信道进行检测,相比较单用户检测而言,大大提高了检测的准确率。另外,我们考虑到合作检测中固有的检测损耗,提出了一种对于合作次用户的选择算法。根据每个次用户所使用信道被主用户占用的情况来选择参加合作检测的次用户。3.提出一种异步合作检测的方法。与同步合作检测方法不同,异步合作检测方法不需要合作次用户停止本身的检测和传输行为。各次用户只需要在每次进行所有信道周期性检测后将检测结果存储在缓存中。当某个次用户有频谱需求时,则从其他次用户的缓存中直接调用所需信道的检测结果。该次用户根据检测结果存储的时间和检测次用户的位置赋以相应的权值,将检测结果进行联合判决后得到最终的检测结果。在对不同时间和位置获得的检测结果加权后,本文分析了两个衡量合作频谱检测性能的主要指标:频谱检测概率和误警概率。为了证明异步合作检测方法的可行性,本文提出了基于该方法的中心式认知网络和分布式认知网络协议的设计和分析,并给出了异步合作检测方法在不同网络架构下的可操作条件。4.提出了一种时分频谱检测的方法。在我们的方法中,每个次用户的检测时间被分成若干个时间段。在每个时间段,不同的次用户根据预先规定的顺序依次对不同的信道进行检测。在检测完所有信道后,次用户直接把检测到的结果发送到检测中心(一般为基站或是中心节点)。当所有需要检测的信道被检测完后,由检测中心对信道是否空闲进行联合判决。和传统的合作检测不同,虽然我们的时分检测方法涉及到了多用户协助检测,但是在我们的方法中每个次用户的检测是独立的。这样的好处是,次用户之间,以及次用户和检测中心之间大大减少了控制信息的交互,从而节省了能量。5.提出了一种三门限的能量检测器来对接收到的真、伪主用户的能量信号进行区分。跟传统的单门限能量检测器不同,三门限能量检测器除了对有无主用户信号进行检测外,还进一步对真伪主用户进行判决。为了最大化真主用户检测概率和最小化误警概率,我们对设定的门限值进行优化以获得最优的检测性能。基于提出的三门限能量检测方法,我们进一步给出基于安全的频谱接入方法。该接入方法与传统接入方法的不同点在于,不仅仅当信道没有主用户时合法次用户才被允许接入,当信道被伪主用户占据时,合法次用户也可以被允许接入信道进行传输。总的说来,本文主要研究了认知无线电频谱检测的相关理论和算法,特别地,对多用户认知无线电网络中合作频谱检测问题进行了深入的研究。