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在新一代移动通信系统中，人们对通信业务的数据传输速率和服务质量的要求越来越高。高覆盖率、高速率、高服务质量、低成本、低功耗已经成为未来无线通信系统发展的新趋势。然而，本身有限的频谱资源却面临着低利用率的问题，这严重制约了无线通信技术的发展。认知无线电（CR）技术可以有效提高频谱利用率，缓解频谱资源的紧缺现状。同时，中继技术通过提高传输效率、抑制相邻小区间的干扰和增加网络覆盖率，可以极大地提升网络的性能，尤其是在双向中继网络中采用物理层网络编码技术，可以成倍的提高网络吞吐量，并且适合远距离通信。 在实际的无线通信环境中，由于信道干扰等各种因素的影响，信道状态信息（CSI）往往是非完美的。尤其是信道估计误差的存在会导致双向中继系统不能完全消除自干扰，从而严重降低了系统的性能。因此在认知双向中继系统中研究非完美CSI对系统性能的影响以及如何尽可能降低这种影响具有十分重要的意义。 本文针对使用模拟网络编码（ANC）技术的认知双向放大转发（AF）中继系统，在非完美CSI下分别研究了基于对称业务和非对称业务的系统性能，提出了两种功率分配优化方案，并通过计算机仿真对不同方案下的系统性能进行了分析。本文的主要研究成果如下： 1.针对使用ANC技术的对称业务认知双向AF中继系统，在非完美CSI下基于最小化系统中断概率，提出了一种最佳功率分配（OPA）方案。在瑞利衰落信道环境下，该方案充分考虑了主用户与次用户之间的干扰。通过黄金分割法的运用以及闭式表达式的推导，我们给出了所有可能情况下的功率分配方案。仿真结果显示，非完美CSI严重影响了系统中断性能，而与传统的等功率（EPA）方案相比，所提OPA方案不仅具有更好的性能，而且具有较高的鲁棒性； 2.针对使用ANC技术的非对称业务认知双向AF中继系统，在非完美CSI下基于最大化次用户系统成功传输比特和速率，提出了一种最佳功率分配方案。该功率分配方案仍然受到系统总功率的限制和次用户网络对主用户的干扰限制。鉴于非完美CSI和非对称业务极大地增加了所优化问题的复杂度，因此在进行合理假设的前提下，我们给出了所有可能情况下的功率分配方案。仿真结果表明，与完美CSI相比，在非完美CSI下系统成功传输比特和速率性能下降明显；然而，所提出的OPA方案可以有效地提高系统成功传输比特和速率性能，并且在信道估计误差变化时显示出了鲁棒性。