认知无线电技术为解决当前频谱利用率低下的现状提供了一条新思路。它能够感知无线环境，检测频谱空穴，在不对授权用户造成干扰的前提下实现对频谱的次级使用。 本课题是在教育部重点科技项目“基于信号处理和人工智能的认知无线电关键技术研究”(项目编号：2006055)的支持下进行的。论文首先详细介绍了认知无线电系统的关键技术，应用场景及其标准化。认知无线电的关键技术包括：频谱感知，动态频谱分配，功率控制等等。 接着重点研究了认知无线电系统中的动态频谱接入和共享技术。无线区域网(WRAN)是一种集中式认知无线电系统，本论文探讨了在WRAN中如何智能的利用频谱空穴同时避免对授权用户造成干扰，以及不同的WRAN如何共享频谱空穴，才能兼顾到效率和接入的公平性。对于以Adhoc方式组网的认知无线电网络，其中的结点受能量及硬件条件限制，只能感知部分信道。通过把系统建模为部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP)，本论文探讨了最优和次最优的信道感知和接入策略，提出了一种改进的降低复杂度的最优策略。并结合上述几种策略设计出一种实用的感知MAC协议。 最后着重研究了认知无线电系统中的QoS保证问题。由于次级用户随时可能要让出当前使用的频段给授权用户使用，因此必须采取有效的机制来保证次级用户的服务质量。本文探讨了如何利用较少的冗余来保证次级用户的服务质量，提出了一种改进的增加传输冗余和增加备用子信道相结合的方案。新方案有效的保证了次级用户的服务质量，同时具有较高的频谱利用率和能量效率。