随着无线通信中不同网络、不同接入方式之间业务量的快速增长,频谱资源越来越紧缺。如何进一步提高频谱利用率,从而进一步提高系统容量和通信服务质量是下一代无线通信亟待解决的问题。认知无线电(CR, Cognitive Radio)技术的研究是一个崭新的课题,它可以实现闲置频谱的充分利用,在新一代无线通信网络中具有非常广阔的应用前景。Ad hoc网络是自组织、无固定基础设施的无线通信网络。融合认知无线电技术和AdHoc网络技术于一体的认知无线电Ad Hoc网络(CRAHNs)是目前认知无线电领域的研究热点,CRAHNs网络与现有的移动通信网络结合,可以为用户提供宽带无线多媒体业务。本论文以CRAHNs网络接入中的MAC层和物理层为研究对象,研究CRAHNs网络设计实现中的关键技术问题,主要研究工作包括如下方面：1.针对带簇头的CRAHNs网络结构,引入授权用户与认知用户之间碰撞概率约束条件,对认知用户的可用信道机会进行了约束马尔科夫决策过程(Constrained Markov Decision Processes, CMDPs)建模,抽象为在碰撞概率约束条件下，寻找使信道吞吐率最大的策略最优解。基于所感知到的信道状态信息(认知信道忙闲状态、信噪比、信道均衡参数),分别对单个发送用户和N个发送用户在M个认知频点上认知用户的可用信道机会,提出了单认知用户对的自适应信道接入算法(Adaptively Channel Access Algorithm for Single Cognitive user, ACAAS)和多认知用户对的自适应信道接入算法(Adaptively Channel Access Algorithm for Multiple Cognitive users, ACAAM)。2.对多业务、带簇头的CRAHNs系统,周期性语音业务与非周期性数据业务混合在-起,当单个认知用户的业务量不大时,将面临多个认知用户如何共享单个信道、如何容纳更多认知用户的问题。为此,论文中引入了IEEE802.11e的HCF混合机制,来解决同一信道上多用户共享的问题；针对HCF机制在VoWLAN(VoIP over WLAN)业务与数据业务混合传输时信道能容纳的话路数少、语音业务与数据业务获得信道的机会不可控等问题,提出了无竞争预约排队信道接入(CFRQCA)机制和基于业务流量监测的接入机会自适应调度算法(AOASA),对该情况下的媒质接入控制(MAC)协议进行了改进。理论分析和仿真表明,改进的机制和调度算法能显著提高信道可容纳的话路数,能满足多用户共享单个认知信道下、含实时语音的混合多业务的应用需求。3.提出了一种基于OFDM/nQAM调制技术和跨层控制思想的、发射功率与频谱子带数自适应可调的多用户信道共享机制,该机制在一个节点同时与多个节点通信时,可以将多个MAC突发帧融合在同一个物理帧中的不同子带上,并根据接收用户与发送用户间的距离、突发帧的不同重要性、帧长,选择对应的发射能量、调制映射方式和信道纠错方案、子带内的频点数,因多个突发帧共享相同的训练序列节省了开销,因此提高了信道的吞吐率,同时也节省了节点的发射能量。搭建了基于软件无线电概念的、由DSP/FPGA/ADC/DAC基带处理板、射频设备、矢量信号发生器构成的实验平台,在该实验平台上,实现了自适应OFDM/nQAM调制解调模块,对ACAAS算法、ACAAM算法和单信道多用户共享下的CFRQCA机制和AOASA调度算法进行了FPGA和DSP下的编程实现；针对FPGA技术中数字混频正交解调器实现算法,提山了降低运算量、提高带宽、减少FPGA资源消耗的改进算法。