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作为一种非相干检测算法,能量检测不需要授权用户的任何先验信息,且算法复杂程度低、容易实现,是目前频谱感知技术最重要的算法之一。针对由信道衰落造成的“隐藏终端”、检测性能不稳定等问题,本文重点研究多径衰落、重叠衰落及复合衰落对能量检测性能的影响,分析影响检测性能的因素,并利用分集接收技术提高检测性能。本文主要研究内容及成果总结如下:首先,针对采用概率密度函数(PDF)方法分析能量检测引起计算复杂度增加的问题,论文基于矩生成函数(MGF)方法分析k-μ衰落信道下的能量检测性能,利用ROC曲线和AUC曲线定量分析信道衰落对检测性能的影响。推导了无合并下的平均检测概率的闭式表达,同时给出了计算平均AUC的封闭表达式。针对衰落信道引起检测性能下降,利用最大比合并(MRC)和等增益合并(EGC)提高检测性能,通过padé逼近原理得出了等增益合并输出信噪比的近似MGF,进而给出了最大比和等增益合并下的近似平均检测概率和平均AUC。仿真结果表明理论表达式与蒙特卡洛仿真结果吻合,且合并分支每增加1,漏检概率大约降低为原来的1/10,同时表明采用MRC的检测性能好于EGC。其次,为了更好的将频谱感知技术与MIMO等技术结合,论文给出一种用来模拟MIMO系统Keyhole衰落及双移动信道(M2M)的新型衰落信道模型,称为重叠α-μ衰落信道。推导了重叠α-μ衰落信道的累积分布函数(CDF)和概率密度函数的闭式表达。给出了重叠α-μ衰落信道下平均接收机工作特性(ROC)曲线的面积曲线(AUC),作为重叠α-μ衰落的特殊形式,同时获得了重叠Weibull、重叠Nakagami-m、重叠Rayleigh衰落的平均AUC。此外,还获得了α-μ衰落信道下采用EGC的平均AUC的闭合上界。仿真结果表明:与单一的多径衰落不同,重叠衰落环境下重叠次数N是影响能量检测性能的关键因素,且重叠次数越大,检测性能越差。最后,考虑实际无线衰落环境,分析多径衰落和阴影衰落共存的复合衰落场景。论文给出了Weibull衰落与Lognormal衰落组成的复合衰落信道模型,针对复合Weibull-Lognormal(WL)接收机输出信噪比PDF难以给出精确表达式的问题,利用Holtzman逼近给出了WL分布的概率密度函数的近似表达,在此基础上,给出了复合WL的衰落量AF,同时给出了复合WL衰落下的近似平均检测概率和近似平均AUC。数值结果表明:阴影衰落和多径衰落均对检测性能造成影响,多径衰落参数c越小,衰落越严重,检测性能越差;阴影参数σ越大,衰落越严重,检测性能下降,同时得出时间带宽积u对检测性能影响较小。