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频谱利用率低下和日益增长的无线应用之间的矛盾已成为制约无线通信发展的关键因素，认知无线电为充分利用有限的无线电频谱资源服务更多用户提供了有效的解决方案。协作中继通信技术通过多个节点之间相互协作形成虚拟多输入多输出阵列可以提升传输速率、增加通信的覆盖范围、改善系统的中断性能。目前，频谱资源共享的认知无线电和多节点协作传输已成为新一代无线通信的核心技术，通过认知次用户节点与主用户之间的协作通信或认知网络内部节点之间的协作通信以改善认知无线电网络的可靠性和安全性。 传统无线网络中的协作通信技术已得到了广泛的研究，然而在认知协作中继传输中，非授权的认知次用户只有在感知到频谱空洞或不对授权的主用户产生有害干扰的前提下才可以接入授权频段。由此，认知无线电网络中由于授权的主用户和非授权的认知次用户对使用授权频谱的优先权不同，导致不能直接将传统的无线协作通信网络可靠性和安全性的相关理论应用于认知协作通信网络。鉴于此，本论文对认知协作通信的安全性和可靠性进行了研究和分析，主要内容和贡献包括以下几个方面： 首先，研究存在单个主用户接收机干扰时的潜伏式认知协作中继传输，在保证主用户的正常通信不被干扰的前提条件下，设计基于主用户接收端峰值干扰功率和平均干扰功率联合限制的多节点协作通信策略，最大限度提升认知网络的可靠传输性能。考虑由主用户频谱共享限制引起的接收端信噪比之间的相关性，通过理论推导中断概率和信道容量精确的闭式表达式来定量衡量潜伏式频谱共享环境下选择协作中继传输的性能，表明接收端信噪比之间的相关性尽管对系统的中断和容量性能的影响不可忽略，但不影响系统的分集增益。 其次，研究存在多个认知次用户源节点和多个中继节点场景下协作频谱感知对认知协作通信性能的影响。基于认知次用户源节点和中继节点的协作频谱感知结果，只有当认知次用户源节点和中继节点协作检测到当前存在可用的频段时，认知次用户接入该频段并以给定的最大发射功率传输数据至认知次用户目的节点。针对存在多个认知次用户源节点的场景，选择具有与认知次用户目的节点之间最好信道条件的节点为最佳认知次用户源节点，并通过多个选择协作中继节点的帮助完成其与认知次用户目的节点之间的通信。通过深入分析协作频谱感知对协作数据通信的影响，为实现认知协作通信的实际应用和授权频谱的高效利用提供了依据。 然后，研究存在主用户发射机和主用户接收机的潜伏式认知多中继协作通信，设计基于信号-干扰加噪声比的选择协作解码转发传输方案，分别分析次用户直接传输链路不可用时的选择协作中继传输、次用户目的节点（窃听用户）采用SC的选择协作中继传输、次用户目的节点（窃听用户）采用MRC三种场景下认知次用户的中断概率和干扰概率，讨论主用户干扰对认知网络安全性和可靠性的影响，实现系统安全性与可靠性之间的性能折中。 最后，研究实际非线性能量收集模型下的多输入单输出认知协作通信网络的安全性，提出授权主用户与认知次用户之间的协作抗干扰策略，基于边界信道状态信息的误差模型构建了鲁棒人工噪声协助波束成形设计问题，通过采用半定松弛的方法将所构建的非凸优化问题简化为次优的波束成形问题，同时提高主用户网络和认知网络的安全性。