随着无线通信应用领域的不断拓展，现有固定频谱分配方式已经越来越满足不了无线通信业务发展的需求。认知无线电技术能很好的解决现有频谱资源相对匮乏的问题，因而受到了全世界学者的广泛关注。认知无线电功率控制与系统容量评估是认知无线电领域的关键问题之一，其研究成果对认知无线电系统组网与配置都具有重要的指导意义。本文基于认知无线电频谱共享系统模型，分别研究了具有中继通信、多用户分集与机会通信等不同认知无线电频谱共享系统的容量域及功率分配问题。论文主要从以下几个方面展开了创新性研究：首先，在认知无线电频谱共享网络中，考虑认知用户信道遭受深衰落而认知收发端之间没有直达链路的情况下，通过在认知收发端中间配置多个中继节点，采用多跳解码转发方式，选择最优认知节点转发认知用户发送端信息。在峰值干扰功率约束条件下，研究了多中继频谱共享系统信道遍历容量与中断容量，并获得了各自容量的解析表达式。研究结果表明，系统基本容量上限受益于中继节点数目的增加。其次，考虑认知用户发送端包含多个认知传输用户，且认知接收端为一个认知基站的多用户分集频谱共享网络，在独立同瑞利衰落分布信道条件下，研究了系统上行链路的有效信道容量问题。研究结果显示，有效信道容量上限受益于多认知传输用户，并证明了多用户分集增益的存在。另外，提出了基于多天线选择分集接收的多用户分集认知无线电频谱共享方案。推导了认知接收端信噪比的累积分布函数与概率密度函数，分析了多天线数目与认知用户数对系统信道遍历容量的影响。同时，在不考虑认知用户发送功率约束的条件下，给出了认知用户系统信道遍历容量的解析表达式。该方案通过在认知接收端采用多天线选择分集接收，相比传统的采用单天线接收的多用户分集频谱共享系统，能够进一步提高认知系统信道遍历容量。第三，考虑认知发送端为认知基站，认知接收端为多个认知接收用户的频谱共享系统模型。假定认知基站到主用户接收端间信道服从Nakagami衰落分布，认知基站到各个认知接收用户间信道服从瑞利衰落分布，且各认知信道间相互独立。在每个工作时隙，认知基站通过机会通信调度选择具备最好信道条件的认知接收用户与其通信。研究了非对称信道条件下机会通信频谱共享系统的下行链路遍历容量与中断容量，并得到了其容量的解析表达式。研究结果表明，基本容量上限受益于机会通信用户数的增加与Nakagami衰落信道参数m值的变小。最后，研究了在非理想信道条件下，频谱共享系统有效信道容量最大化及其功率分配问题。研究表明，相比理想信道状态信息，在非理想信道状态信息条件下，系统有效信道容量上限有所下降，但更适合实际情况。同时也发现，在同等条件下，对认知用户发送端采用均值干扰功率约束的方式，在最大化系统有效信道容量方面优于采用峰值干扰功率约束的方式。