随着无线通信技术的快速发展以及无线业务的不断涌现,使得日益增长的频谱资源的需求与当前固定频谱分配低效率之间的矛盾越来越尖锐。此时,认知无线电技术作为一种解决不断增长的频谱需求问题以及提高频谱利用率的最有潜力的技术应运而生。其中从用户通过感知和检测周围频谱的使用情况,在不影响主用户通信质量的前提下,机会式地使用授权频段,从而极大程度地提高频谱资源利用率。除此之外,认知无线电技术也是下一代异构无线网络得以共存的关键技术,为移动用户和服务提供商智能有效地管理网络提供了可能。本学位论文首先针对认知无线网络链路初始化控制进行了分析研究,主要包括了初始链路的建立以及分布式频谱接入控制问题。其次研究了认知无线MESH网络中的资源跨层优化分配问题。主要从以下几个方面展开深入研究,概括如下：研究了基于跳频的认知无线网络初始链路建立问题。首先,针对基于单跳频思想的初始链路建立问题进行了分析,讨论了在没有公共控制信道情况下,如何快速有效地在收发端从用户之间完成初始链路的建立,同时最大限度地提高所建立的初始链路的稳定性。基于上述分析结果以及从用户所获得的各个信道的活动规律,提出了基于自适应跳频的初始链路建立机制并给出了两种有效的启发式算法。其次,研究了基于组跳频的初始链路建立问题。分析讨论了基于组跳频初始链路建立方法的建链成功概率以及平均所需尝试次数。通过对收发两端从用户选择信道的数目进行优化,使得在满足不同系统要求的情况下,收发两端从用户尽可能使用最少的信道数目完成初始链路的建立。除此之外,在可用信道数目趋于无穷的情况下,证明了当收发两端从用户选择信道数目满足一定条件时,其初始链路建立的成功概率将趋近于1。同时也给出了在满足系统平均尝试次数限制的情况下,收发两端从用户选择信道的数目所必须满足的条件。最后通过仿真结果证明了即使在可用信道数目较小的情况下,上述结论依然成立。研究了基于从用户QoS要求的认知无线网络分布式频谱接入控制问题。首先,针对认知无线蜂窝网络中的分布式频谱接入进行了分析,讨论了在满足对主用户通信质量进行保护以及从用户各自QoS要求的前提下如何通过合理有效的功率控制最大化系统的从用户接入数目。考虑到上述约束,实际系统不可能始终满足所有从用户的QoS要求,为了最大化系统的从用户接入数目必然有一个或者多个从用户需要退出。因此提出了一种基于逐步退出策略的分布式频谱接入机制最大化系统的从用户接入数目,同时给出了两种具体的分布式频谱接入算法。其次,考虑了认知无线网络分布式频谱接入中一个特殊的问题,即在新的从用户频谱接入的过程中如何保证已接入从用户的QoS不会低于其最低门限。研究了如何在满足对主用户通信质量以及已接入从用户QoS保护的前提下,通过设计合理的分布式频谱接入策略最大化系统的从用户接入数目。通过巧妙地设计分布式功率控制策略对已接入从用户和未接入从用户分别采用不同的功率控制策略从而实现对已接入QoS进行保护,同时配合引入的干扰温度报警机制使得从用户不会对主用户的通信质量带来影响。除此之外,基于上述结果以及检测节点是否具有集中控制功能,分别提出了两种具体的分布式频谱接入方法。研究了认知无线MESH网络的资源跨层优化分配问题。首先,基于填充式的频谱接入方式,在给定用户传输数据量需求以及用户可用频谱资源有限的情况下,通过将频谱资源分配、路由和调度联合考虑进行跨层优化,从而最小化系统的工作时间。针对此优化问题,提出了一种基于列生成技术的资源优化分配算法。其次,基于衬垫式的频谱接入方式,研究了在满足主用户干扰温度约束的情况下,如何通过联合优化各个链路的传输速率、发送功率以及子信道等资源最大化系统的吞吐量。针对此优化问题,首先根据列生成技术提出了一种集中式的最优资源分配算法,该集中式资源分配算法可以为后续分布式算法的设计提供理论参考。接着考虑到系统的可实现性,提出了一种次优的分布式资源分配算法。该分布式算法首先根据路由信息对信道资源进行粗略分配,其次通过联合优化链路的速率和功率资源进一步提升系统的性能。