作为认知无线电系统的关键技术,频谱共享技术能够在不干扰授权用户正常工作的前提下通过开放授权频段实现授权用户和认知用户共享频谱,成为通信领域的研究热点。本文将变换域处理技术和协作通信技术引入到频谱共享技术中,在实现授权用户和认知用户共享频谱的同时,有效地降低对授权系统的干扰,并且充分利用授权用户和认知用户之间进行协作传输而获得的分集增益,显著地提升了系统频谱利用率。本文首先介绍了认知无线电中的关键技术,阐述了频谱共享的系统架构、技术分类以及协作频谱共享中的几种协作模式等理论知识。然后简要介绍了分数傅里叶变换技术,并仿真验证了余弦信号和Chirp信号在分数域的可分离特性。然后,本文研究了已知瞬时信道增益场景下基于变换域处理的频谱共享方案。在此方案中,授权用户和认知用户分别采用余弦信号和Chirp信号,并且认知用户根据直传链路的信道状态选择直接接入频谱或者作为中继协助授权用户。同时在保证授权用户目标速率的前提下,以最大化认知用户数据速率为目标,进行了基于瞬时信道增益的认知用户选择和功率分配的联合优化。与现有频谱共享方案相比,所提的频谱共享方案能够大大降低对授权系统的干扰,授权系统和认知系统的中断概率明显降低,认知系统的数据速率显著提高。而且随着发射功率和认知用户数目的增加,认知系统的通信性能得到了有效的提升。最后,针对瞬时信道增益场景下信令开销大的问题,本文研究了已知统计信道增益场景下基于变换域处理的频谱共享方案。在此方案中,认知用户根据信道状态自适应选择协作模式协助授权用户。然后在保证授权用户中断概率限制的前提下,以最小化认知系统的中断概率为目标,提出了基于统计信道增益的功率分配算法。为了进一步提升频谱共享性能,本文进一步提出了基于平均信道增益的认知用户选择算法。仿真结果表明,与现有频谱共享方案相比,所提的频谱共享方案能够有效地降低对授权系统的干扰,在保证授权系统通信需求的同时,显著降低认知系统的中断概率,提高认知系统的数据传输速率。另外,随着系统中认知用户数目的增加,认知系统的中断概率性能和数据传输速率性能都得到了有效的提升。