无线电频谱资源是信息社会发展的重要基础和战略性资源。随着信息通信业务的迅猛发展，频谱资源紧缺问题越来越突出。优化频谱资源配制、提高频谱利用效率是解决频谱紧缺问题的重要途径。由多个用户共同使用同一频段的频谱共享技术能充分利用频率资源，有效提高频谱利用效率，成为通信领域的重要研究方向。目前，频谱共享主要有两种实现方式:当频谱空闲时，非授权用户可以使用这些空闲频谱，即机会式共享方式;当频谱占用时，非授权用户可以在不影响原有用户通信质量的前提下共享使用，即重叠式共享方式。本文对两种共享方式进行了深入研究，主要贡献如下:　　(1)对于动态性较弱的空闲频段，频谱拥有者可以通过中长期租赁的方式向次级服务商开放以换取经济收益。次级服务商在获得频谱的共享使用权后，如何有效发现并利用其空闲状态为用户提供服务是关键问题。对此，本文以网状认知无线网络架构为基础，提出了基于服务拍卖的频谱使用方案，设计了基于网络传输规划的胜出用户决定方法以及满足真实性的收费机制，在为用户提供定制服务的同时实现了空闲频谱价值的最大化。相比传统频带拍卖方式，服务拍卖方式可以免除用户在决定竞拍频带时的负担，减少用户之间的竞拍冲突，提高频谱利用效率。　　(2)对于动态性较强的空闲频段，其难点在于次级服务商如何根据用户的服务请求从频谱拥有者处动态地获得频谱共享使用权。对此，本文研究了频谱拥有者与次级服务商之间的动态频谱交易，提出了频谱市场架构的具体组成、交易的流程以及交易达成后的频谱使用管理方法。以用户的服务请求为出发点，考虑次级服务商的具体网络场景设计了最优频谱购买策略，使其可以真正满足用户的服务请求;同时，为频谱市场设计了满足真实性的多轮捆绑拍卖机制，在满足次级服务商频带需求的同时为频谱拥有者实现了可观的经济收益。　　(3)针对主次用户形成小规模干扰信道时的重叠式共享问题，本文从物理层编码角度出发，研究了干扰对齐编码在重叠式频谱共享中的应用。提出了基于天线选择的干扰对齐方案，该方案可以在保证主用户通信质量的同时，为次用户消除全部干扰，从而提升其通信性能。进一步针对信道信息估计误差问题，设计了具有场景自适应能力的健壮信道信息均值滤波算法以及基于离散随机优化的天线选择算法，能够在消除估计误差影响的同时以较低的计算复杂度快速选择出最优天线组合。　　(4)针对次用户在多跳传输时对主用户频谱的重叠式共享问题，本文基于功率控制技术，以端到端传输速率最优为目标，设计了次用户的最优多跳传输方案，包括各节点的功率控制方法、各链路的频带分配策略以及端到端的数据路由管理方式。在功率控制中特别考虑了主用户位置信息无法实时获取的情况，基于主用户行为规律，利用随机变量表征主次用户之间的距离，以一定概率满足了主用户的干扰门限，实现了主次用户之间的重叠式频谱共享。