近年来,伴随着无线网路发展和信息流量指数级增长,无线通信系统对频谱资源的需求日益增长,然而稀缺的频谱资源越来越不能够满足用户的无线通信需求。传统的频谱资源分配方案主要是为特定用户分配专用频段,这种不够灵活的分配方式是频谱资源匮乏的主要原因。认知无线电通过具备认知能力的认知用户感知周围环境并发现频谱空穴,在不干扰授权用户使用前提下,动态接入授权用户频段,是目前公认解决频谱资源匮乏的有效方案。软件无线电是以软硬件结合为基础,以微电子技术为支撑的新型无线通信体系结构,是认知无线电技术实现的首选平台。本文从认知无线电中的无线环境检测、信道信息检测和无线资源管理三个角度展开研究,分别在频谱感知、认知无线电信道估计和认知蜂窝网络频谱资源管理领域进行了理论分析和算法设计,并利用软件无线电技术搭建认知无线电系统进行仿真验证,解决了认知无线电网络从感知授权用户频谱到认知用户频谱资源复用之间存在的多项问题。本文主要研究内容和贡献如下:(1)针对双阈值能量检测算法中,能量检测结果落入混淆区域中无法做出判决时,造成的频谱传感信息浪费,提出一种基于改进双阈值能量检测的频谱感知算法,该改进算法通过在混淆区域内增加细化阈值,细化混淆区域中的能量检测结果后在融合中心内进行融合判决,得到频谱空穴信息。所提方案与传统方法相比可获得更高的检测概率,同时在低信噪比场景下,所提方案的错误概率同传统方法相比较低。(2)分析了信道估计对认知无线电技术实现的影响,使用改进动态自回归模型为无线信道估计建模,对信道统计信息变化进行动态估计。随后基于改进动态自回归模型和扩展卡尔曼滤波提出了自适应信道估计方法,该方法在一阶自回归模型基础上,添加原始方程估计由信道环境改变造成的信道统计特性及噪声参数变化,实时估计噪声矩阵并使用扩展卡尔曼滤波方法以递归的形式更新信道参数,减少了信道估计复杂度。仿真结果表明,自适应信道估计方法相比传统方法获得了更高的估计精度。(3)针对蜂窝网络中频谱利用率较低的现状,讨论了认知蜂窝网络中动态频谱复用方式,提出了认知蜂窝网络中的改进频谱资源管理方法,该方法考虑了不完全频谱感知造成的资源分配错误,并为不同的用户提供满足其需求的频谱资源,保障网络中每个用户获得满意的通信体验。仿真结果表明,所提方法能够在保证授权用户不受干扰前提下进行动态频谱复用,保证在合理分配频谱资源的同时兼顾频谱资源分配公平性。