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本文基于认知无线电系统,主要研究了频谱共享传输波形中的功率分配和信道选择。首先,介绍频谱共享传输波形研究的技术基础。阐述了无线通信中几类频谱共享策略,在此基础上基于频谱调制频谱编码(Spectrally Modulated, SpectrallyEncoded,SMSE)架构,阐释了将间插式(overlay)和重叠式(underlay)两种频谱共享模式结合的技术。介绍功率分配算法,特别是注水算法,其核心思想是将更多的功率分配给信道增益更好的子载波。在信噪比较低的情况下,采用注水算法可以极大地增加信道容量。在认知无线电(Cognitive Radio,CR)频谱共享传输波形的研究中引入前摄式(proactive)思想,用隐藏马尔科夫模型(HiddenMarkov Model,HMM)预测信道状态,阐述了HMM的相关技术背景。其次,本文针对基于正交频分复用(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing,OFDM)的认知无线电系统,提出一种联合了overlay和underlay的混合式频谱共享模式,研究了共享模式中如何进行资源分配的问题。考虑CR用户对主用户的干扰约束和CR用户的发射功率限制,提出了一种最大化CR用户传输容量的OFDM子载波功率优化分配模型,并且证明了该优化模型为凸优化,从而可以方便求解优化的功率分配。通过理论分析和数值计算,进一步比较了overlay、underlay和混合式频谱共享模式容量。结果显示:相对于单纯overlay和underlay模式,混合模式可以提高CR用户系统的容量。最后,根据文献可将多种业务模型转换为ON-OFF模型,并在考虑了硬件平台引起的响应延迟的情况下,采用HMM对信道未来的占用情况进行预测,减少二级用户与主用户的碰撞,仿真显示,对比传统的能量检测,基于HMM的前摄式频谱检测碰撞概率更小。基于HMM的前摄式频谱分配的思想,利用HMM的预测信息,兼顾吞吐量最大化和公平性的原则,优化传输波形设计,为二级用户分配信道,仿真显示,对比传统的能量检测,基于HMM的前摄式频谱分配使得主用户和二级用户的合容量都得以提升,并且二级用户的公平性也得到了保证。