无线网络迅猛发展，不断面临频谱资源的匮乏与浪费，日益增长的大容量、多媒体数据传输要求与有限的无线频谱资源和固定频谱分配机制之间的矛盾愈加突出，成为制约未来宽带无线通信发展的瓶颈。在此背景下，认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术应运而生，被认为是下一代无线通信系统中基于智能化频谱管理解决上述问题的最有效方法。目前，将认知无线电技术应用于频谱资源的获取、管理和使用是无线通信领域的一个研究热点，认知无线电多信道MAC协议是其关键技术之一。　　 首先，本文分析了IEEE802.11 MAC协议，并在马尔可夫链模型基础之上进行数学建模，研究了IEEE802.11 DCF饱和吞吐量。接着，在单信道MAC协议基础上介绍了多信道MAC协议，从同步/异步的角度出发，阐述了几种有代表性的认知多信道MAC协议，并指出各自的优缺点。　　 从认知异步多信道MAC协议出发，分析了基于硬件受限的认知无线电多信道MAC协议(Hardware-Constrained Cognitive MAC，HC-MAC)，指出了HC-MAC协议频谱利用率低的缺点，并从提高频谱利用率和吞吐量的角度出发，提出基于异步流水线模式的协议改进。通过该异步协议，认知用户能够采取流水线的工作模式，充分利用空闲频谱进行数据传输，极大地提高了系统的饱和吞吐量。接着对协议的饱和吞吐量进行了数学建模，通过对比的仿真结果与数值分析结果，证明该模型是比较准确的。　　 最后，通过分析多天线协同定位技术和功率控制技术，将其引入到认知无线MAC协议中，提出了基于多天线的异步认知无线MAC协议(Multi-Antenna Asynchronous Cognitive MAC，MAA-CMAC)。介绍了认知多天线及其定位算法，提出本协议的多天线协同定位技术，包括测距、定位和修正三步骤；对认知无线电网络中的动态频谱分配机制进行介绍，提出基于功率控制的频谱接入并进行模型分析。分析结果显示，MAA-CMAC协议可以克服阴影衰落的影响，较大幅度地提高饱和吞吐量，在最大化频谱利用率的同时降低认知用户对主用户的干扰。