认知无线电是最近15年内无线通信领域对于无线通信系统架构设计提出的最重要的概念，其针对日益紧张的频谱资源的管理提出了有效的解决方案，不仅如此，网络认知无线电网络还给出了未来的具有智能的网络蓝图，指出了无线通信未来的发展方向。OFDM被认为是实现认知无线电的传输技术的最合适的技术，原因是其具有很多特性能够满足认知无线电的要求，其中最重要的一个特性就是OFDM可以利用子载波关闭技术来实现认知无线电的频谱成型。OFDM与MIMO的结合，能够有效地提高系统的性能。本文将对认知无线电三大关键技术中的两个，频谱感知和链路自适应技术进行研究，分别设计了适合认知OFDM-MIMO系统的算法。首先，对频谱感知算法进行研究，在分析了经典能量检测算法的性能，并对噪声不确定度对算法性能的影响进行实验分析之后，给出了特征值检测算法，在无噪声不确定度和有噪声不确定度两种不同的环境下算法进行仿真，并和能量检测算法进行对比。最后，针对认知OFDM-MIMO系统对于频谱感知的性能要求，设计了结合特征值检测算法和ESPRIT频谱估计方法的联合频谱感知方法。然后，本文研究了认知OFDM-MIMO系统的链路自适应技术，在传统OFDM系统的链路自适应算法的基础上，针对认知无线电不仅仅要考虑最大化信道容量，同时还要最小化对主用户的干扰，在这一前提下，分别给出了修正Hughes-Hartogs，修正Chow算法，并对算法的性能进行了对比仿真实验。最后，在传统OFDM系统的基础上，本文给出了认知OFDM-MIMO的基本结构和框架，认知OFDM-MIMO在原有的系统基础上增加了对频谱环境监测的部分，发射机对主用户信号出现的频段采用关闭子载波技术，并通过管理信道和接收机联系，交换信息。