无线自组织网络因具有快速灵活组网、拓扑结构动态变化、多跳、抗毁性强等特点,已被广泛应用于各种各样的领域中,例如:军事通信、救灾、传感、监测等。随着自组织网络规模的不断扩大以及节点业务需求的不断增多,造成移动数据流量呈指数增长。为了提升节点的传输速率和系统容量,亟需大量的频谱资源来解决这一问题,但在电磁干扰严重的环境下很难找到连续可用的大带宽频谱。由3GPP提出的载波聚合技术可通过聚合多个连续或离散频段来增加系统带宽,从而实现更快的数据传输速率和更高的频谱利用率。为了载波聚合技术的实现,首先需要对频谱状态进行认知以判断频谱可用性。在待测频点数量较多的场景下,现有的研究方案利用单个节点完成全部频点的认知。该方案导致认知时间长,认知准确度低,无法满足对时延和准确度的要求。因此提出了三种方案来改善上述问题:基于频点相关性的频谱认知、基于节点相关性的多节点认知和多节点频谱认知一致性,同时针对上述三种方案的时延和认知准确度进行建模分析和对比。分析结果表明,前两种方案能够降低时延,尤其是第二种方案,在认知频点数较多时具有时延优势,但认知准确度却稍有降低,第三种方案增加了时延开销但却提升了认知准确度。针对后两种方案,还分析了在时延和认知准确度约束的条件下,节点数、认知次数和频点数的取值范围。第三种方案中,研究了邻居节点数对一致性收敛速度的综合影响以及最优邻居节点数的选取。获取频谱的可用性信息后,在进行载波聚合前对网络中的节点进行有效的资源分配可以提升网络吞吐量性能。现有的研究均基于一跳的蜂窝网络,本文考虑自组网的多跳特点,所建立的模型依据三跳频率复用机制且需满足每个节点的最低传输速率需求。为了最大化网络吞吐量,将成员载波、资源块和调制编码方案联合进行分配。建立的模型可转化为0-1整数线性规划问题并设计了分支隐枚举算法进行求解。分析了不同的频带、节点数、成员载波数以及网络环境对系统吞吐量的影响,还将多频带与单频带的频谱效率进行了对比。结果表明在自组网环境中因复用机制获得了较高的吞吐量,求解算法能够满足各节点的最低传输速率需求。自组织网络基于IEEE 802.16d协议,在该协议下的载波聚合实现过程不同于已有的基于TS36.213协议的载波聚合实现过程。依据不同的聚合方式提出了两种方案:补零宽带聚合和射频聚合,并分析了成员载波间间隔对系统误码率的影响。针对带内载波聚合方案,本文选取Zynq系列芯片来实现。在FPGA板级测试中,完成了对载波聚合功能的验证,取得了较好的误码性能。