近年来随着各种无线应用的迅速增加,对频谱的需求量越来越大。为了提高现有频谱的利用率,认知无线电技术应运而生。无线区域网是世界上第一个利用认知无线电技术的通信网络,通过机会利用处于甚高频和特高频的电视频段,为农村及偏远地区提供通信服务。本文主要研究无线区域网中的认知用户从多个维度重用授权用户频谱资源的方法。本文的主要工作如下：(1)阐述了在无线区域网中进行多维频谱重用的研究背景及意义,介绍了无线区域网中的频谱感知与频谱共享技术；总结了国内外多维频谱重用方法的研究现状。(2)基于多维频谱空穴的概念,研究了联合时-频-空域的多维频谱重用方法,在不考虑用户间干扰的情况下,分析了多维频谱重用方法改善系统效益的性能。(3)针对小区内用户间的共存与干扰问题,改进了现有的下行链路共存模型,并以改进模型为基础,提出了一种基于图论的联合空域与频域的下行链路多维频谱重用方法,该方法将最大化下行链路速率等效为求解二分图的最大匹配问题,利用匈牙利算法对问题求解以降低常规搜索算法所需的计算复杂度。理论分析和仿真结果表明,所提算法通过利用预编码技术与子信道划分技术能够有效地改善用户通信质量并提高系统下行链路的传输速率,实现对空域及频域频谱空穴的高效利用。(4)针对现有的上行链路共存模型未考虑空域频谱空穴问题,建立了一种更为合理的共存模型,并以改进模型为基础提出一种基于博弈论的联合空域与频域的上行链路多维频谱重用方法,该方法将信道和天线发射权值的联合分配问题建模为潜在博弈问题,具有较低的计算复杂度。理论分析和仿真结果表明,所提算法通过利用定向天线与子信道划分技术能够有效提高系统的频谱利用率,实现对空域及频域频谱空穴的高效利用。