随着无线通信技术进行的研究和技术上的不断创新,无线通信的发展日新月异,无线用户数量逐渐普及。然而,无线通信技术正处于发展之中,仍有许多难题需要解决,其中由于无线通信业务的快速发展,带来的频谱资源趋于饱和的问题,现有的技术存在非常大的局限性。现有研究表明,虽然频谱资源饱和,但是,对已有的频谱利用并不充分。如何解决频谱资源紧张,同时利用网络节点来增强网络性能,引起国内外很多学者的关注和研究。而认知无线电的理论和技术被认为是解决这一问题的很有前途的技术。认知无线电主要是一个智能的无线通信技术,具备三个方面的能力:首先能够检测到授权和非授权的空闲频谱资源;然后能够接入空闲频谱;还要能够依据其所在无线网络环境的变化自己调整天线的各项参数,从而达到通信的目的。这项技术通过提高频谱的利用率来解决频谱资源紧张的难题。同时协作中继技术,可以对抗无线传输中信道传输衰落的影响,是增强无线系统传输范围和提高QoS(Quality of Service)的重要技术。本文以认知无线电作为背景,结合中继协作技术,研究了如何解决如何在不影响主用户(Primary User,PU)传输的情况下,使次级用户(Secondary User,SU)不仅能够利用多余的网络资源传输自己的数据,还能帮助主用户提高系统传输性能,提高无线网络中资源的利用率。本文的主要工作和贡献如下:第一,针对普通双跳认知中继网络中存在的中继距离不够,无法进行双向通信的问题,提出了一种新的三跳中继模型,可以充分利用认知节点的通信对,来组成三跳网络,提高了传输距离,同时实现了认知用户之间的双向通信。第二,针对越来越多的使用电池的无线设备出现的能效优化问题,提出了通过网络编码双向中继减少资源消耗,并利用节点间传输的代偿来平均电池的能量消耗,从而提高系统的总传输数据量。第三,以OFDM为载体,研究基于合作的正交式频谱共享模型下认知用户功率分配。根据OFDM的特点,分析认知用户与授权用户相互之间的干扰并建立干扰模型,通过启发式的子载波匹配方式来对能效进行优化。第四,针对无线网络中使用电池的节点经常出现“浪费”状态或者“饿死”状态,提出了将网络中节点的能量传输分为时间维度和节点维度建立传输模型,并通过拉格朗日法求最优解,来提高节点的能量利用率和节点的总吞吐量。