随着无线通信设备和各种应用的急剧增长，认知无线电技术逐渐成为了一种有效改善频谱利用率的技术。由于可以在所有认知用户间灵活分配资源，以及具有在没有额外开销的前提下监听频谱上主用户活动的能力，正交频分多址（Orthogonal frequency division multipleaccess，OFDMA）技术（也被称为多用户OFDM技术）被认为是适合认知无线电系统的有效备选技术。而在基于OFDMA的认知无线电系统中，认知用户与主用户的信号并存于无线电频谱中并且可能使用不同的接入技术，二者信号的非正交性以及二者之间的频谱共享都会导致相互干扰。作为影响认知无线电系统性能的一个因素，干扰（尤其是认知用户对主用户的干扰）应该被限制在一个门限值以下。除此以外，接入主用户未占用频谱空穴的认知用户的不同类型QoS（Quality of Service，服务质量）需求也应得到保障。资源分配是认知无线电系统中抑制对主用户干扰，同时保证认知用户QoS的有效手段。据此，本博士论文构建了几个优化问题，研究了基于OFDMA的认知无线电系统的资源分配和干扰抑制问题。本文的主要研究工作和成果如下：1.研究了限制认知用户对主用户干扰在一定门限值以下，同时保证认知用户最低传输速率限制的资源分配问题。首先，针对一个单主用户认知无线电系统提出了一个次优的资源分配算法，该算法旨在最大化所有认知用户的和速率；其次，本文把单主用户情况推广到更一般的多主用户系统，运用对偶数方法提出了一种近似最优的资源分配算法，该算法同时考虑了对主用户的干扰门限和所有认知用户的总传输功率限制。分析与仿真结果表明，与传统资源分配算法相比，本文提出的算法可以取得更高的传输速率并且保证每个认知用户的最低传输速率。2.对于考虑干扰抑制的基于OFDMA的认知无线电系统，研究了保证认知用户统计比例速率的资源分配问题。在认知系统中，保证比例公平性的资源分配算法通常面临两个挑战：第一，主用户的即时信道增益在认知用户传输端很难获取；其次，在某些OFDM符号周期中，可用的子信道数目小于认知用户的数目。本文以最大化所有认知用户各态历经和容量为优化目标，提出了一个考虑长期认知用户传输功率限制，长期主用户干扰门限限制，以及所有认知用户统计比例公平性的资源分配算法。研究表明，与传统的资源分配算法相比，提出的算法可以取得更高的和速率并且保证认知用户的比例速率。3.研究了混合接入认知无线电系统中保证比例公平性的资源分配问题。在基于OFDMA的认知无线电系统中，传统的资源分配算法无法保证在每个OFDM符号周期内所有认知用户的比例速率。这是因为在某些OFDM符号周期内，可用的子信道数目可能小于认知用户数量。为了应对这种可用频谱资源的时变性，本文采用了一种混合认知无线电接入方案，该系统允许认知用户在使用频谱空穴子信道的同时使用主用户频段中的子信道。基于这一混合接入系统，本文提出了一种资源分配算法以保证认知用户的比例速率并且抑制认知用户对主用户的过度干扰。4.频谱监听是认知无线电网络中决定可用频谱的关键技术。本文还研究了在多信道认知无线电网络中，如何联合优化监听时间和资源分配以最大化所有认知用户和速率的问题。通过考虑总传输功率和保护主用户免受过度干扰的干扰限制条件，以及频谱监听目标检测概率和虚警概率，本文提出了一种近似最优的资源分配算法。一般而言，最优的监听时间可以通过传统的一维穷举搜索获得。然而，由于该搜索方法的复杂度很高，本文接着提出了一种目标虚警概率很低情况下的简化算法以获取最优的监听时间。研究表明，在严格的虚警概率限制条件下，本文提出的简化算法可以有效地获取最优的监听时间。5.在家庭小区网络中，open access（公开接入）是一种降低跨层干扰的有效方法。本文最后部分研究了在采用open access模式的OFDMA家庭小区网络中，保证处于Dead Zone（死区）的相邻宏用户QoS并且限制家庭小区对其他宏用户跨层干扰的资源分配问题，提出了一种可以同时改善相邻宏用户和家庭小区用户的资源分配算法。具体而言，最初由宏基站分配给相邻宏用户的子信道集可能会与FAP（femtocell access point，家庭小区接入点）占用的子信道集重叠，而重叠的部分会产生跨层干扰。在相邻宏用户接入后，重叠部分的子信道会被释放并且只供家庭小区专用。之后，家庭小区中子信道和功率资源在家庭小区用户和接入的相邻宏用户间重新分配。通过在家庭小区网络中引入认知无线电技术并且运用对偶数方法，本文提出一种近似最优的资源分配算法。研究表明，在open access模式下，提出的算法可以取得比closed access（封闭接入）模式下更高的传输速率。