随着无线通信技术和无线应用的快速发展,无线网络规模呈指数式增长,所需的频谱也越来越多,但无线频谱资源并非无穷无尽。目前,无线频谱资源的不足已经制约了无线通信进一步发展。经研究发现,频谱管理策略的低效和信道分配机制的缺陷是无线频谱耗尽的重要原因。在这种背景下,认知无线电作为一种新的、动态的、智能的技术,能够高效的管理、利用、分配频谱和信道,成为当前无线通信研究的热点。无线信道的衰落特性阻碍了信道容量增加和无线网络服务质量的改善,采用多天线技术可以有效克服无线信道的衰落特性,提高网络性能,但是其设备不容易实现,因此,产生了协作通信技术。协作通信是无线设备使用单根天线模拟多天线的技术(虚拟多天线技术),从而提高无线通信系统的容量,改善服务质量,提高动通信系统的性能。在保证通信性能的前提下,降低无线通信设备的发送功率,做到“绿色通信”是未来无线通信的研究热点。定向天线技术能将能量有效的集中在主瓣范围内,减少功率损耗,降低发射功率。同时,由于旁瓣范围内能量较少,减少了对其他设备的干扰,因此定向天线技术能够提高频谱利用效率。本论文详细阐述了认知无线电技术、协作通信技术和定向天线技术,将其进行融合分析。认知无线电中,从用户需要机会的利用主用户的授权频谱进行通信,本论文提出了一种分别考虑主用户使用和未使用频谱时,从用户接入频谱的方案。同时,当从用户的发送端与接收端距离较远,需要多跳传输时,本论文将协作通信思想运用在多跳路径的构造中,分别结合全向和定向天线技术,提出了基于全向和定向天线的认知协作多跳算法。最后,在无线通信中,节点发送信息时必须使用互不干扰的信道,因此,本文在认知网络的背景下,提出了一种可靠、公平的信道分配算法。节点使用全向或定向天线时,该算法均能体现出很好的性能。通过仿真对比分析,本文提出的算法在提高频谱利用率、降低节点发送功率、减少节点间干扰以及提高网络容量方面均能体现出其优越性。