为了能够解决当前频谱资源使用效率低的问题,认知无线电(Cognitive Radio, CR)技术应运而生。认知无线电的核心技术是采用机会式共享频谱方式,通过可靠且高质量的频谱检测提高频谱利用率和保护授权用户正常通信。本文在认知无线电物理层检测算法基础上对MAC层频谱感知技术进行了研究,包括检测周期和检测时间的联合优化、空闲信道搜索最优算法以及感知信道选择。在单用户检测多信道场景下,本文以最大化发现频谱接入机会和认知用户网络归一化吞吐量同时降低CR用户对授权用户的干扰为目标研究检测周期和检测时间联合优化问题。首先引入发现频谱接入机会比例以及对授权用户干扰这两个因素,结合这两个因素提出检测周期优化目标函数,以最大化发现频谱接入机会同时降低CR用户对授权用户的干扰为目标优化检测周期并且给出了理论推导,仿真结果证明了理论分析的正确性。然后在目标检测概率限制下,以最大化CR用户检测信道能获得的归一化吞吐量为目标研究检测时间优化问题,最后基于检测周期、检测时间单独优化方法推导出检测周期、检测时间联合优化算法。仿真结果表明,考虑减少对授权用户的干扰优化检测周期时,确实存在一个最优检测周期,其稍稍减小了发现频谱接入机会比例,但却大大减少了次用户对授权用户的干扰。与检测周期、检测时间单独优化相比,使用该联合优化算法可大大提高CR用户检测信道的可获得归一化吞吐量。在单用户检测多信道场景下,授权用户重新占用信道后,认知用户必须立即退出该信道,搜索其他空闲的信道。本文综合考虑信道空闲概率和信道利用率两个因素,提出了空闲信道最优搜索算法。该算法引入信道空闲概率和信道利用率两个参数,使其构成空闲信道选择函数。本文推导了最小搜索时延的理论表达式,分析了等待时间对平均时延的影响。仿真结果表明,采用该算法搜索到第一个空闲信道平均时延的理论与实际仿真值非常接近,验证了理论推导的正确性,采用本文算法搜索信道的平均时延要比随机搜索方法小得多。多用户检测多信道场景下,认知用户可以自主选择信道执行频谱感知,本文研究基于频谱感知考虑信道的选择问题。首先在目标检测概率限制下,以最大化一个认知用户感知一个授权用户信道可获得的归一化吞吐量为目标研究检测时间优化方法,然后利用改进的匈牙利算法进行感知信道的最优选择,使整个认知用户网络的归一化吞吐量最大化。仿真分析表明,使用改进的匈牙利算法确实可以提高整个CR网络的归一化吞吐量。