近些年来,人们在通信需求方面的日益增长导致了无线通信网络技术的蓬勃发展,出现了众多的无线网络标准。这些异构无线网络标准在给人们提供方便高质量的通信的同时,也加大了对无线频谱资源的需求。由于可以使用的频谱资源有限,因此出现越来越紧张的局面。这并不是无频谱可用,而是频谱利用率低的问题。这是由于当前的固定频谱分配方式造成的。如果采用动态的分配方式,允许异构网络环境下的非授权网络在不影响授权网络的前提下临时地使用授权频段,就有可能解决当前的困境。认知无线电技术是当今在这方面的一个主要研究方向。采用认知无线电技术的认知用户能够感知到周围未被占用的频谱资源,然后通过频谱分配等技术使用空闲频谱,进而可以提高频谱利用率。本文主要研究异构网络场景下的认知无线电技术。本文首先提出了一种异构网络场景下的频谱共享方案,包括多层次联合无线资源管理结构和方案组成模块。接着在研究频谱检测基本算法的基础上提出了一种用于该方案的协作式混合频谱检测算法,它包括单点检测和协作判决。我们还仿真分析了该算法的频谱检测性能。同时,本文在图着色模型的基础上提出了一种新型的综合考虑带宽匹配度和干扰避免问题的频谱分配算法,用于该频谱共享方案的分配模块。我们提出了算法的目标函数、标签规则和性能评估指标,并仿真分析了该算法相对其他分配算法在这些指标上的优势。本文最后通过搭建异构网络仿真平台,仿真分析了异构网络采用该频谱共享方案时在系统接入满意用户数、接入满意用户SINR分布、总吞吐量和总频谱效率这些方面的表现。