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认知无线电基于感知的频谱共享接入能够根据频谱感知结果灵活分配传输功率，从而有效提高授权频谱利用率，是认知无线电技术的重要发展方向之一。这种接入方式既能严格限制功率传输以减小对主用户干扰，又能合理使用授权频段资源以提高认知链路的传输性能。但是基于感知的频谱共享接入存在许多有待解决的技术难题，例如非完美感知下如何保护主用户通信质量、如何消除多认知用户之间传输干扰、如何处理多认知用户使用授权频段的竞争冲突、如何基于主用户活跃性设计认知接入功率等。针对以上问题，本论文以认知无线电系统基于感知的频谱共享模型为研究对象，运用正交频分复用（OFDM）、多输入多输出（MIMO）、自适应功率传输技术，结合博弈论思想，以凸优化理论为数学手段，逐步展开了对认知用户频谱感知时间，多功率分配的联合优化算法研究。本研究主要内容包括： ⑴针对非完美感知下保护主用户通信质量的问题，不同于以往研究中只是采用了传统的干扰功率限制策略，本论文从直接保护主用户角度出发，在OFDM认知无线电系统基于感知频谱共享模型中提出了基于感知的速率损失限制策略。在基于感知速率损失限制条件下，以吞吐量最大化为优化目标，研究感知时间和传输功率的资源分配优化分配策略。理论分析出该问题为非凸优化问题，但是通过理论证明该问题满足时间共享条件，可以将其转化为凸优化问题获得最优传输功率。由于最优的传输功率为非闭合解，需要采用二分搜索法搜索最优值，为了降低运算复杂度，从理论上分析了传输功率的最小存在区间。本论文进一步理论推导出主用户能够承受的最大的速率损失必然存在一个关于干扰功率限制门限值的上界函数。最后通过理论与仿真分析进一步验证相对于传统干扰功率限制，速率损失限制能够更直接、有效保护主用户通信质量并且使认知用户获得更大的吞吐量。 ⑵针对多认知用户之间传输干扰的问题，本论文将MIMO技术应用于非完美感知认知无线电系统，采用预编码技术消除下行链路多认知用户接收端的干扰。不同于以往MIMO认知无线电系统只是采用能量检测结果简单数据融合进行频谱感知，本文首先使用多天线观测矩阵的概率密度函数的对数似然比进行多天线感知；然后，为了消除了下行链路多个认知用户数据传输之间的干扰，认知基站运用MIMO预编码—脏纸编码技术；最后，在基于感知的频谱共享模型中，设计了能效最大化时传输功率限制和干扰功率限制下资源分配的联合优化算法。由于能效最大化问题为非线性分式优化问题，通过理论推导将其等效为线性非分式的参数优化问题。对于优化的参数需要采用一维搜索法获得，进而得到等效最优资源分配。为了降低运算复杂度，理论推导出等效优化问题中参数存在最小搜索区间。本论文通过仿真分析得出对于固定干扰功率门限值，相对于机会接入和频谱共享模型，基于感知频谱共享模型下认知无线电系统能获得更大的能效值。 ⑶针对多认知用户使用授权频段的竞争冲突的问题，本文将Stackelberg博弈应用于认知无线电系统基于感知的频谱共享模型中，并且研究将主用户获得最大收益以及认知用户获得最大传输效益时主用户干扰价格和认知用户资源分配的联合优化算法。在该博弈模型下，以认知用户对于主用户的允许干扰功率为博弈对象，主用户根据不同认知用户的干扰功率给定不同的干扰价格，认知用户根据干扰价格设定传输效益，从而对主用户收益与认知用户传输效益的纳什均衡进行理论分析。本论文进一步理论分析了给定不同干扰功率限制门限，主用户干扰价格的变化情况。最后，通过仿真分析得出干扰功率价格随着每个认知用户信道状况变差而增大，随着干扰功率门限值增大而减小。 ⑷针对基于主用户活跃性设计认知用户接入功率的问题，本论文在主用户活跃性较高或者认知用户传输帧长较大情况下，提出了基于主用户活跃性的三功率传输策略。由于主用户在传输时隙可能突然到达或者离开，对功率传输进行了高、中、低三种功率分配，即在感知时隙，主用户由空闲跳变到工作时分配低功率；由工作跳变到空闲时分配高功率；一直工作或者空闲的分配中间功率。然后，研究多功率传输策略下吞吐量、能效最大化的资源分配的联合优化算法。最后，通过仿真分析得出随着主用户活跃概率的相关活跃参数的提高，三功率分配策略的系统吞吐量以及能效比相对于传统模型有更明显的提高。