随着无线通信技术的高速发展,下一代无线通信网络将更加复杂,且同时具有多样性、异构性和智能性的特点。就无线通信系统而言,频谱作为非常珍贵的自然资源在过去的几十年间一直是研究与开发工作中一个焦点。而对无线网络与无线业务的爆炸式发展,传统的频谱管理策略与机制呈现出很多的缺点与弊端。传统的频谱管理机制不能够对频谱资源进行合理的分配与再利用,导致了目前非常珍贵的频谱资源处在十分低效的利用状态,阻碍了无线通信的发展。为了解决当前频谱利用率低的问题,认知无线电的概念一经提出便受到了工业界与学术界的广泛关注,被视为拥有巨大潜力的未来网络关键技术。认知无线电的基本思想是：通过机会地接入空闲频谱资源来提高频谱利用率,采用先进的通信手段提高频谱的利用效率。认知无线电概念中的频谱接入机会或者空闲频谱资源是通过频谱感知获得的。可见,频谱感知在认知无线电中起着非常关键的作用。本文从多个角度对认知无线电中的频谱感知策略进行了研究。一方面、为单用户频谱感知设计了感知开销控制策略；另一方面、为多用户协作感知设计了低开销、低复杂度的协作策略与数据融合规则。本文所取得的成果简述如下：1.为了改善传统的基于单闽值判决感知策略感知开销大的问题,本文首次为频谱感知引入了多阈值检测技术,通过动态调整感知时隙的长度降低由频谱感知引入的开销。通过理论分析,证明了所提出的感知策略在几乎没有增加操作复杂度的情况下能够明显改善次级用户的频谱利用率。2.传统的频谱复用机制认为频谱空洞(spectrum space)只存在“黑”(频谱不可用)、“白”(频谱可用)这两种状态,而最新的研究指出频谱空洞(spectrum space)存在具有“灰度(grey)”的情况。本文首次针对“灰色”频谱空洞,设计了相应的感知策略。通过对频谱感知时隙和感知周期进行合理地调度,使次级用户能够充分利用“灰洞”来提高频谱利用率。通过理论分析与优化,本文提出了感知策略的优化算法,使次级用户能够高效地获得最佳的感知策略配置,工作在最佳工作状态。3.为了降低协作感知的开销,提出了拥有最小开销的协作感知策略。在此策略中,每个协作用户仅需向数据融合中心汇报“1”比特的感知信息,且数据融合中心不需要像传统策略那样下发感知配置。针对所提出的策略,研究出满足不同感知性能约束与感知目标的低复杂度决策融合算法。4.为了改善基于决策融合算法的协作感知性能,研究了基于多比特数据融合的协作感知策略。文献显示目前未有有效的方法对多比特数据融合的性能进行估计,使多比特数据融合下的感知性能不能被有效地优化。给协作感知策略的设计造成了障碍,所以目前其相关工作较少。本文利用经典的量化理论,从信号量化角度研究出一套能够对多比特数据融合下感知性能进行有效估计的方法,使协作频谱感知的虚警概率和检测概率能够以闭式表达式形式给出,为多比特数据融合的感知策略设计提供了有力的理论支撑。此外,针对一些经典量化方案,还设计了相应的优化方法。5.第四章介绍了由我们所发现的空间虚警问题。空间虚警是认知无线电感知中的特有问题,会严重影响次级用户的频谱接入机会,降低次级用户的系统性能。通过理论分析,证明了空间虚警问题的客观存在性,并推导出它的成因与对它起决定作用的客观因素。此外,通过理论推导指出了降低空间虚警负而影响的有效途径。