认知无线电技术(cognitive radio, CR)是一种可以使无线频率资源有效地利用的技术,因此近年来在学术界受到了相当多的关注。认知无线电是一个可以根据其设备与工作的外部环境的相互作用的结果,改变其收发参数的智能无线通信系统。与环境的交互可以是主动地和其他频谱用户协商或交流,或者被动地感知和决策。所以,认知无线电可以对已经固定分配的频谱进行再利用,使得频谱资源得到充分地利用。近年来,认知无线电技术不断地被研究并完善,许多认知无线电网络的架构和标准都已经提出,例如IEEE802.22中的无线区域网络(wireless regional area network, WRAN)。但大多数网络考虑的是不断提高网络的传输容量,牺牲的是系统的能耗,而考虑以高能效和系统容量平衡的研究较少。并且很多研究只考虑了非动态的资源分配,并未使无线频谱资源得到充分灵活高效地利用。因此本文主要针对频谱协作共享网络,对于以上提到的缺陷,以最优能效为目标,基于虚拟市场机制,分别研究了实时协作频谱共享和非实时协作频谱共享系统的最优资源分配问题,本文的研究内容和贡献包括以下两个重点：(1)对于协作频谱共享网络,理论上协作用户越多,系统容量越高,然而这并未考虑能耗问题对其造成的影响。本文设计了多用户协作方案,联合考虑了系统容量和能耗的平衡,研究了多用户的最优资源分配问题。在最优化问题中利用了KKT (Karush-Kuhn-Tucker)条件,求得了最优的功率与时间分配。根据本文的研究结果,对于不同的传输距离,采用恰当数量的协作用户可以在保证各用户服务质量(QoS)的情况下系统能效最高。(2)虽然实时协作频谱共享系统可以实现系统容量与能耗的均衡,然而与实际无线网络相比,模型相对简单。因此在本研究中设计了一种非实时的协作频谱共享系统,基于市场机制,将频谱资源看做商品,定义了“虚拟货币”的概念,使频谱共享的过程更加公平。依旧以系统的能耗与容量的均衡为目标,进行了最优化的资源分配。此方案不但提高了系统能效,还使系统实现了公平的动态资源分配。