动态频谱共享技术是提高无线通信系统整体频谱利用效率，解决静态频谱规划与动态频谱需求之间矛盾的系统级解决途径。本文以分析和利用无线通信系统的频谱使用特征为出发点，从动态频谱共享系统的性能分析、切换与调度关键技术、授权系统的测量与建模和动态频谱共享系统实验网络四个方面开展研究。本文首先在第一章中探讨了动态频谱共享系统的研究背景与研究意义，提出了频谱使用特征的概念，指出无线通信系统的频谱使用特征取决于与业务相关的外部因素和系统相关的内部因素，分析了基于频谱使用特征的动态频谱共享关键技术研究面临的挑战，指明了本文的研究动机和出发点。针对如何有效分析具有频谱使用行为特征的无线通信系统的接入性能，在第二章中提出了融合接入策略的动态频谱共享系统性能分析模型，在此模型中，先由接入策略与业务特性决定单个系统的连续马尔科夫链子模型，然后再融合为一个表征共享信道状态的复合模型，通过马尔科夫链的分析方法，可以获得主用户阻塞概率、次级用户阻塞概率、次级用户中断概率、次级用户切换概率、次级用户平均切换次数、信道利用率等关键性能指标。该模型可以认为是常规分析方法的有效拓展，其特色在于考虑了授权系统和动态频谱共享系统的接入策略。第三章针对如何降低次级用户与主用户之间的碰撞，提出一种结合被动式频谱切换与主动式频谱切换的混合频谱切换算法。该算法利用授权系统的频谱使用特征，对信道的未来状态信息进行预测，并基于该预测结果周期性地对次级用户执行主动式频谱切换。该混合切换算法在不改变次级用户阻塞概率和中断概率的基础上大大减少了次级用户和主用户间的碰撞次数。第四章从与主用户发生碰撞的角度来分析次级用户的公平性，提出了基于碰撞统计并结合信道预测的公平性调度算法，该算法在不明显降低系统的频谱效率的同时，长期和短期碰撞统计的公平性调度算法都能大幅度改善用户间的公平性。第五章通过空中接口对GSM900MHz频段一个小区的下行链路进行接收信号功率的周期性测量，采用隐马尔科夫过程的分析方法，估计描述频谱使用特征的关键参数集，并在此基础上，获得其业务平均到达率和离去率。通过测量和分析，验证了重构接收信号功率序列的分布与测量序列一致。通过估计的各信道业务平均到达率和服务时间等，分析了该小区业务的周期性特性，为如何获取、描述频谱使用特征奠定了基础。针对如何验证和应用动态频谱共享技术，论文最后部分对动态频谱共享无线通信实验网络（DySNet）进行了详细的描述，包括网络架构与协议体系，无线传输方案，通信节点构成，感知算法以及详细的测试结果，为进一步推动动态频谱共享技术的研究和应用走出了关键一步。