随着新型技术的不断出现以及无线设备数量的增加,无线频谱资源变得日趋紧张,因此如何节约频谱资源、提高频谱利用效率就成为了目前无线通信领域一个重要的问题。认知无线电的出现为这个问题的解决提供了一个十分有效的技术途径,它可以被定义为一种智能的无线系统,可以通过频谱感知来获得周围环境的频谱使用情况,利于获得的信息来规划下一步的频谱分配以及接入,在不影响授权用户正常通信的情况下满足认知用户的需求。由此可知,认知无线电需要根据感知结果动态的调整其无线系统的运行参数,其物理层必须拥有很高的灵活性和适应性。在利用频谱机会时,有效的物理传输技术成为了一个相当重要的问题。首先,如何生成对授权信号无干扰的认知信号以实现和授权用户之间的频谱共享传输,是认知物理传输技术中所关注的首要问题。目前对该问题主流的解决方案包括NC-OFDM和TDCS,另外认知UWB也是一种重要的物理传输技术。其次,在认知系统中授权信号出现的时间和频率的不确定性认知用户的通信链路质量以及数据传输性能的下降,所以采用何种有效的信道编码技术也成为认知无线电物理传输技术研究中的一个重要领域。为了使认知用户能够更好的利用频谱,在不影响主用户的情况下提高自己的传输性能,本文对认知无线电的物理传输技术进行了研究,在多载波共享传输机制以及信道编码技术方面提出了两个崭新的想法,并给予了详细的理论分析以及性能仿真。首先,本文设计了一种新颖的频谱共享传输机制——混叠正交频分复用多址接入(Overlapped OFDMA),该机制允许认知用户采用授权用户子载波带宽的1/2进行传输,其频谱和授权用户频谱可以存在一定的混叠。如果认知用户保持和授权用户时域信号准同步以及其子载波分配方案满足一定的限制条件,此时授权用户将不受干扰。由于任意载波上的干扰都包含有其他载波的信息,因此认知用户可以通过适当的恢复算法将信息完整得恢复。Overlapped OFDMA机制的可行性将通过授权用户和认知用户接收端的分析进行说明。尽管Overlapped OFDMA机制带来了一定的系统和运算复杂度,理论推导和仿真结果均表明Overlapped OFDMA机制中授权用户的性能和NC-OFDM认知系统相比几乎相同,而认知用户却获得了更加优异的吞吐量性能,该机制为频谱共享传输体制的设计提供了新的可能性。其次,本文提出了一种新的基于信道状态信息的非平等保护无速率编码(UEP-CSI Rateless Codes),在可以获得信道状态信息(CSI)的无线传输场景中,将CSI应用到无速率编码的包调度中,为每一个编码包选择最优的接入信道,使得无速率编码获得更加优异的性能。然后将UEP-CSI Rateless Codes应用到了认知系统的背景中并且在CSI中综合考虑了信道增益系数以及授权用户的活动性预测信息,仿真的结果表明了该方法在一定程度上提高了认知用户的吞吐量性能。本文在最后介绍了认知OFDMA系统物理传输技术的硬件与软件实现。首先详细说明微软的SORA平台的硬件组成,系统架构以及相关软件；然后对基于SORA平台的认知OFDMA系统物理层帧结构、组帧流程以及接收端算法进行介绍,并且对该物理层算法的实际性能进行展示,该项工作将会对理论研究的实现具有重要的意义。