认知无线电技术是未来通信(5G)的重要技术。它允许具有认知功能但是却没有授权频谱资源的用户(次用户)可以通过对周围无线通信环境进行感知,动态地调整自身的参数,从而实现机会式接入授权用户(主用户)的授权频谱。通过频谱感知和动态接入技术可以在避免对主用户产生干扰的基础上,实现频谱资源的共享,最大化频谱利用效率。考虑到主用户和次用户都是自私且理性的,本文考虑协作中继网络和两层异构网络模型,以进一步提高频谱效率和能量效率为目标,分别基于博弈理论和拍卖算法对认知无线电网络中的频谱共享问题进行了研究分析,具体的工作如下:1.研究协作中继认知无线电网络中频谱租借模型,次用户通过作为协作中继帮助主用户提前结束数据传输,从而获得频谱接入机会。主用户通过优化频谱租借定价以优化通信服务质量、减少能量消耗并获得租借费用,次用户通过优化频谱租借时间来最大化吞吐量、最小化能量消耗和租借费用。采用斯坦科尔伯格博弈对该问题进行建模,并将斯坦科尔伯格均衡作为最优策略。2.针对能量问题,研究了一种基于混合能量供应的主、次用户之间的能量协作问题。首先,次用户可以在主用户传输过程中,从其射频信号中采集能量用于自身通信传输。然后,当采集的能量不足以维持稳定的传输功率时,次用户可以切换至固定电源进行能量供应。这种供电方式能有效减小固定能量消耗,同时可以弥补能量采集不稳定的缺点。3.研究了宏蜂窝-飞蜂窝两层异构认知无线电网络的数据量卸载和频谱共享问题,重点分析了宏蜂窝和飞蜂窝均采用混合接入模式的激励问题。注意到宏蜂窝卸载用户后有一部分频谱资源变为空闲状态,因此不同于使用租借费用作为激励,本文提出一种以频谱资源为奖励的激励机制,采用拍卖算法获得最佳动态频谱共享策略。该混合接入方式可以在最大化频谱资源利用率的基础上,使宏蜂窝和飞蜂窝均在该协作传输模式中提升其效用值。