随着移动互联网领域的快速发展，无线通信技术正向着宽带、高速的方向快速演进。然而通信技术的革新却受到了资源的大大制约。无线电频谱作为一种有限的资源，被频谱管理机构固定地分配给各种业务使用，可用的频谱正在逐渐减少。而另一方面，由于技术的更新换代，一些业务并没有被充分使用，使得大量频谱处于闲置状态，频谱间出现了“空洞”，对宝贵的频谱资源造成了的极大浪费。认知无线电技术在这种背景下应运而生，成为了解决频谱资源紧缺问题，提高频谱利用率的重要手段之一。频谱感知技术作为认知无线电网络的主要功能之一，为网络提供了可靠地识别频谱空洞的能力，是有效利用频谱资源的关键步骤。如何有效地检测时间、频率、空间等维度上广泛存在的频谱空洞，成为了认知无线电领域的研究热点之一。　　本文以认知无线电网络中的频谱感知技术为研究对象，围绕地面主用户网络的空间频谱检测和宽带频谱检测等研究热点问题展开，分别从频谱感知的系统架构设计、网络性能分析以及算法优化角度，对频谱感知技术进行研究。本文的主要工作和成果包括以下三方面内容:　　1)卫星辅助的多区域频谱检测方法研究:本文提出了一种新型频谱检测概念，以卫星作为中心频谱检测节点，对地面主用户网络的能量信息进行采集，从而对地面的频谱使用状况进行判决。卫星的大孔径和多波束可以增加认知无线电频谱感知的覆盖范围。文中首先对卫星辅助的频谱共享系统的工作方式进行了简要的说明，对卫星辅助的多区域频谱检测进行系统建模，给出多波束检测方法。之后，研究了波束旁瓣引入的潜在干扰对多区域频谱检测性能的影响，进而提出两种多区域频谱检测算法:基于线性变换的多区域频谱检测算法和基于干扰估计的多区域频谱检测算法，通过信号处理的手段分离或消除干扰。在衰落信道的条件下，分析了相应的检测性能。仿真结果显示，卫星辅助的多区域频谱检测性能受到地面主用户网络辐射能量、波束接收增益、波束旁瓣、信道衰落、路径损耗、接收机噪声水平等因素的影响。合理的设计检测区域和波束方向图，在多波束接收端采取抑制旁瓣干扰的措施，对于检测性能的提升是非常关键的。　　2)卫星辅助的多用户网络频谱检测分析:结合绿色移动通信网的特点，本文将卫星辅助的频谱检测方法扩展到对地面移动通信网络的检测。卫星对主用户网络工作区域内的多个主用户的活动进行检测，从而发现当地面主用户网络工作区域出现的大范围频谱空洞。文中首先对多用户网络进行建模，地面主用户采用ON/OFF模型接入主用户网络。在主用户同步和非同步两种网络传输模型下，分析了卫星接收端聚合信噪比，从而得到了对多用户网络的检测性能。文中还分析了主用户传输突发性对接收端聚合信噪比的影响，证明了接收端聚合能量的非高斯特性。由分析和仿真结果可见，频谱检测的性能与地面多用户的活动特性有关，包括主用户密度，活动概率，及传输突发性等。比较两种模型下的检测结果，可以发现非同步模型下，接收端主用户聚合能量具有较小的方差，变化相对稳定，因此能够获得更佳的检测性能，而传输的突发性使得接收能量变化更加剧烈，呈现出非高斯特性，导致了两种模型下检测性能均有所下降。　　3)自适应多信道频谱检测方法研究:本文还对宽带多信道频谱检测问题进行了研究。针对多信道频谱占用率高、频谱空洞分布稀疏的场景，提出了一种自适应多信道频谱检测方法。通过迭代式的搜索宽带频谱，逐步排除被占用的频谱区域，而将样本资源集中在空闲可能性更高的区域，从而实现对资源的高效利用。文中给出了自适应多信道频谱检测模型和样本资源分配方法，分别基于能量检测和Komogorov-Smirnov(K-S)检测实现了自适应多信道频谱检测算法。针对能量检测，分析了搜索阶段和检测阶段的错误概率。此外，文中还在简化的自适应多信道检测模型下，考虑了次要用户传输的吞吐量优化问题。在样本资源和检测时间的限制条件下，对该优化问题进行分析，证明了最优点的存在，并给出了一个次优化算法以获得最优资源分配因子和搜索阶段的迭代过程次数。最后用仿真结果说明了自适应多信道频谱检测过程的性能优势和设计准则。与将检测样本资源均等的分配给全部信道的非自适应方法相比，在合理设计检测参数的条件下，这种自适应方法能够提供非常大的性能增益，提高频谱检测效率。