近年来,认知无线电(CR: Cognitive Radio)技术作为一种有效解决频谱资源紧张与频谱利用率不高之间矛盾的途径,越来越受到人们的广泛关注。认知无线电技术中认知用户(也称CR用户)对周围无线频谱环境准确、快速的检测,即频谱感知,是提高其频谱利用率、保护授权用户免受干扰的重要前提和核心技术。频谱感知的两个重要衡量参数是:检测概率与虚警概率。检测概率越高,感知性能越好;虚警概率越低,认知用户接入频谱机率越大,可获得的吞吐量越大。本文基于此背景并结合中继协作技术研究了认知无线电系统中感知能力和可获得的吞吐量之间的折衷关系。本论文首先对认知无线系统的发展状况进行了综述。分析了认知无线电的各种频谱感知技术,其主要从接收端的角度考虑频谱感知的方法,并介绍了本文的研究主题,即频谱感知性能与系统吞吐量的关系,指出了该问题的研究是频谱感知性能研究的重要方面。总结了协作频谱感知的基本原理和融合准则,并给出了中继转发协作分集检测的简单分析。本论文随后给出了单个认知用户的感知性能和吞吐量折衷理论分析和仿真,并基于此研究了中继协作的两个认知用户认知无线电网络的感知性能与吞吐量折衷关系。基于两个认知用户之间的中继协作,即通过中继用户转发授权用户的信号实现认知用户之间的协作。仿真结果表明该方法在检测概率一定时,能够有效地降低认知用户感知授权用户的虚警概率,缩短“弱”认知用户获得最大吞吐量的最优感知时间,并提高其自身的最大吞吐量和认知系统的最大吞吐量。本文最后分析了基于中继协作的多用户认知无线电网络的感知性能与吞吐量折衷。多个认知用户按照两个一组进行分组,分别采用中继协作的方式,研究了多用户认知系统的感知性能与吞吐量。证明了中继协作方式在多用户认知背景下也是可以实现的,仿真验证了在多用户认知系统中,中继协作方式能够在保证不干扰授权用户的同时,有效地提高“弱”认知用户的吞吐量。