随着科技的不断进步,未来对于无线通信的需求和应用将越来越密集化和多样化,而无线频谱资源稀缺和利用率不高这一关键问题也将成为阻碍这一趋势的一大难题,为解决上述问题,对于认知无线电技术的理论和应用研究的需求也将越来越迫切。与此同时,未来移动通信的发展方向必然是全业务的方向,包括无线接入网侧和核心网侧都越来越趋向于融合一体化的演进架构方式,因此包括语音业务、数据业务在内的不同类型的业务在未来都将基于同一承载网上进行工作,这样对不同类型业务进行区分以实现内容计费并满足不同的QoS需求也就成为了一种必然。频谱切换技术作为其中的一项关键技术也就成为了本文的研究重点,以上正是本文所研究课题的来源与意义所在。本文首先对论文的研究背景和意义进行了说明,并对全文的章节结构进行了安排,然后对当前认知无线电中以及MAC层中的一些关键技术进行了分析总结,在现有的研究基础上,引出本文的主要研究内容。针对现有网络中频谱切换机制较为简单且中断概率与时延性能均不太理想的情况,本文在第三章中提出了一类基于频谱预留的频谱切换方案。在对当前的两类频谱切换策略进行分析比较的基础上提出了一类改进的方法,即通过建立后备信道列表的方式来为系统预留切换信道,预留信道的选取综合考虑频谱可用性和频谱可用时长这两类参量。仿真结果表明,改进后的策略在保持较好切换时延性能的基础上,有效地降低了网络中的切换概率和用户掉话率指标。针对现有分布式MAC协议中时延性能和公平性性能较差的问题,基于第三章的研究成果,本文在第四章中提出了一类基于业务分级的低时延MAC协议。首先对网络中的不同业务类型进行分类,主要区分为时延敏感类业务和非时延敏感类业务,在此基础上对超帧结构中的数据传输期进行相应分级,然后对DCF接入协议中的RTS/CTS帧格式进行扩展,添加后备信道列表的有关内容,这样就同时考虑了后续可能面临的切换问题,此外还对传统的二进制指数退避算法进行了改进,设计了一类新型的基于退避窗口动态调整的DAC退避算法,既考虑了节点公平性又改善了系统时延性能。仿真结果表明,改进后的SCLL-MAC协议能够在保障时延敏感类业务性能的基础上,有效地提高系统的吞吐率和公平性性能。