随着无线通线技术的迅猛发展,现有的频谱资源已无法满足日益增长的无线通信业务需求,认知无线电技术可以较好解决固定频谱分配与提高频谱利用率之间的矛盾。频谱感知技术是认知无线电的基础和关键技术,一直是该领域的研究热点,多维频谱感知技术则是频谱感知研究领域中重要的研究内容和发展方向。本文在综述认知无线电频谱感知技术的基础上,深入研究了能量检测、匹配滤波器检测、静态循环平稳特征检测的频谱感知算法,重点研究了空时二维频谱联合感知技术,论文取得了如下重要的研究成果:(1)论文首先分析了经典频谱感知方法的性能,主要包括:能量检测法,匹配滤波器检测法和静态循环平稳特征检测法。针对噪声不确定条件下的能量检测方法,提出了一种平均虚警概率积分近似的门限算法,新算法在检测概率和虚警概率之间进行优化,具有较好的鲁棒性,可以提高认知用户的检测概率。(2)针对多维频谱感知技术,论文重点研究了空时二维联合频谱感知模型和网络认知用户感知和通信策略。针对空间资源结构划分,提出了一种改进的感知模型,按照鲁棒性检测原则,并在满足减小对主用户干扰的约束条件下,分别定义了主用户分布边界、保护边界和感知边界,详细推导了各边界的闭式数学表达式。数值分析和仿真结果表明,定义的模型边界划分可以较好满足约束条件,应用灵活,可以有效增加可用的空间资源。(3)在空时二维联合感知中,论文提出了一种认知用户采用定向天线的感知策略,详细分析了这种策略下的频谱感知性能,分别讨论了过渡区的机会Overlay模式和机会静默模式的空时二维联合感知性能,并给出了认知用户吞吐量的描述准则。数值分析和仿真实验结果表明,定向天线的感知策略能够有效提高认知用户的吞吐量,并降低了对主用户通信的干扰。本文取得的多维频谱感知研究成果在认知无线电通信领域具有较好的参考和应用价值。