无线频谱的紧缺是限制无线通信与服务应用持续发展的瓶颈。认知无线电(Cognitive Radio)技术被认为是解决无线频谱紧缺问题的一种新方法。认知无线电技术是无线移动通信领域的一种革命性技术,无线用户利用该技术可以智能地感知周围环境,搜索可用频谱资源,并进行动态的频谱接入,从而提高通信系统的容量和频谱利用率。目前,利用认知无线电技术进行动态频谱接入有两种情况。一种是在免执照(Unlicensed)的开放频段动态共享该段频谱,如2.4GHz的无线局域网(Wireless Local Area Network, WLAN)和IEEE 802.16h/g的无线城域网(Wireless Metropolitan Area Network, WMAN);另一种是择机(opportunistic)地使用已授权(licensed)给其他系统的频段,如IEEE 802.22无线区域网(Wireless Regional Area Network, WRAN),其用户择机使用已授权于数字广播频谱。第二种方式涉及到对授权频段使用的感知以及对授权用户的干扰避免,是认知无线电的重点和难点。本文主要针对动态频谱接入的认知无线电系统中的关键技术之一——动态频谱分配算法进行了较为深入的研究。文中分析和总结了两种动态频谱接入情况下的频谱分配模型,包括基于图论着色理论的分配模型,基于博弈论的分配模型以及基于经济学拍卖理论的分配模型,并介绍了认知无线电系统中衡量干扰的一个重要模型——干扰温度模型。然后重点研究了图论着色模型和干扰温度模型。本文首先对基于图论着色模型的各种分配算法进行总结,在此基础上提出了并行频谱分配算法。并行算法与原算法相比,在获得相同或相近性能的同时降低了频谱分配的时间开销,适应了认知无线电系统快变的环境。然后分析了图论着色模型下频谱分配对系统需求的满足情况,并引入需求因子,提出了基于需求的改进算法,通过仿真分析表明,改进算法能够更好的满足系统需求。本文然后基于干扰稳定模型提出了分级频谱共享的概念,并对分级频谱共享的网络架构,通信机制等方面进行了初步研究,而且提出了该架构下可用频谱资源的确定方法。通过仿真分析表明,分级频谱共享能够扩展可用的频谱资源,进一步提高认知无线电系统的频谱利用率。认知无线电技术是近年来无线通信领域的革命性技术之一,目前大多数研究主要集中于利用该技术解决无线频谱紧缺的问题。动态频谱分配算法是认知无线电系统的关键技术。本文在分析总结了多个频谱分配模型的基础上,在图论着色模型下提出了并行频谱分配算法和基于需求的改进算法,前者降低了分配的时间开销,后者能更好的满足用户的QoS要求,并通过仿真对算法进行了验证;基于干扰温度模型提出了分级频谱共享的概念,并分析了分级频谱共享的网络架构,通信模式和频谱确定方法,分析表明,分级频谱共享可以拓展可用频谱资源,提高频谱利用率。