随着人们对通信地域的要求越来越高,在全球范围内实现“无缝和全天候”通信已经成为未来移动通信的发展方向。由于地面网络和卫星覆盖区域和容量不同,因此,将地面通信和卫星系统进行有机结合可以为用户提供更高效、更便捷的通信服务。由于5G(The Fifth Generation of Mobile Communication Systems,第五代移动通信系统)已经成为下一代地面移动通信的标准,因此卫星通信将在5G生态系统中发挥关键作用。星地一体化网络中的频谱共享成为大规模扩展卫星宽带业务的迫切需求,其可以缓解频谱稀缺问题,进而提高频谱利用率。因此,本文主要研究星地一体化网络中的动态频谱共享技术。首先,本文对星地一体化网络及其频谱共享技术的国内外研究现状进行了讨论分析。针对卫星通信与5G网络集成的当前趋势,分析了卫星-5G一体化网络的应用场景和体系架构,评估了频谱共享技术从低频段到高频段的应用策略,介绍了几种典型的基于认知无线电的频谱共享技术,分析并对比了这些技术的优缺点,为后文研究能量检测算法和底层算法提供了理论依据。然后,本文详细研究了在星地一体化网络中应用能量检测进行频谱感知的算法。通过推导检测概率与虚警概率的表达式,对认知用户接收端的感知情况进行了仿真分析,确定了影响检测性能的因素。针对能量检测中存在的噪声不确定性和信道衰落问题,分别提出了在认知用户端使用附加偶极天线和应用协作频谱感知的解决方法。仿真结果表明,在认知用户接收端使用偶极天线有效避免了信噪比墙的出现,从而在一定程度上避免了噪声不确定性的影响;在存在信道衰落的情况下,应用基于可靠性的加权协作频谱感知算法保持了较高的检测概率,从而避免了对授权用户造成干扰。最后,针对能量检测在弱信号检测和节点隐藏方面具有的局限性,以及缺乏有关干扰或噪声不确定性的先验信息,本文提出了基于底层的频谱共享算法,该算法旨在严格控制认知用户的发射功率以保证授权用户期望的服务质量。借助Meijer-G函数,在高信噪比下,针对比例干扰约束和峰值干扰约束,推导了中断概率的渐近但简洁的表达式。针对三种典型的卫星信道场景进行了算法性能仿真验证,表征了各种系统参数以及约束条件对中断性能的影响,验证了推导过程的有效性,保证了授权用户所受干扰在约束之下。