为了满足层出不穷的新业务需求,人们不断的研究频谱资源,期望能够更好地利用有限的频谱资源,在固定频谱分配机制下,通信行业急需解决的问题就是如何挖掘现有频谱利用率的潜力,提高频谱利用率。从已授权频谱的利用率比较低着手,对他们的二次利用可以改善其利用率,即空闲频谱可以被准确地搜寻到,从而有效缓解了不断增长的频谱资源的需求矛盾。因此,在不对授权频谱用户造成干扰的前提下,提出了认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术,该技术使得无线通信设备具备认知功能,从而可以动态的接入和使用授权的频段。基于认知场景的模型,针对Overlay和Interweave两种模式,本文构建了认知系统可达速率的优化问题,并且提出Overlay场景的一项联合功率分配因子与预编码因子的迭代优化算法,能够在不影响主用户(授权用户)速率的前提下,最大化从用户(非授权用户)的可达速率。本文对Interweave场景中的转发机制设计了实用化方案,该方案利用了量化转发(Quantize-and-forward, QF)和压缩感知(Compressive Sensing, CS),旨在充分利用分集,通过尽量少的测量值来恢复原始信源节点的稀疏信号。基于Matlab的仿真结果表明,本文提出的联合优化算法,能够解决Overlay认知系统可达速率的优化问题,既能保证主用户速率性能,又能最大化从用户的可达速率；Interweave场景的实用转发方案,能够减少系统的通信开销,并且对于稀疏信源具有良好的恢复性能。