无线业务的持续增长带来频谱需求的不断增加,无线通信的发展面临着前所未有的挑战。无线电频谱资源一般是由政府统一授权分配使用,这种固定分配频谱的管理方式常常会出现频谱资源分配不均,甚至浪费的情形,这与日益严重的频谱短缺问题相互矛盾。认知无线电技术作为一种智能频谱共享技术有效的缓解了这一矛盾。它通过感知时域、频域和空域等频谱环境,自动搜寻已授权频段的空闲频谱并合理利用,达到提高现有频谱利用率的目的。频谱感知技术是决定认知无线电能否实现的关键技术之一。本文首先介绍了认知无线电的基本概念,对认知无线电在WRAN系统、UWB系统及WLAN系统等领域的应用分别进行了讨论。在此基础上,针对实现认知无线电的关键技术从理论上进行了探索,分析了影响认知网络正常工作的相关因素及认知网络对授权用户正常工作所形成的干扰。从理论上推导了在实现认知无线电系统所必须面对的弱信号低噪声比恶劣环境下,信号检测的相关方法和技术,并进行了数字滤波器的算法分析,指出了窗函数的选择原则。接着详细讨论了频谱检测技术中基于发射机检测的三种方法:匹配滤波器检测法、能量检测法和循环特性检测法。为了检验其正确性,借助Matlab工具,在Matlab平台下对能量检测和循环特性检测法进行了建模仿真,比较分析了这两种方法的检测性能。研究结果表明:在低信噪比的情况下,能量检测法检测正确率较低,检测性能远不如循环特征检测,并提出了对算法的窗函数的改进可以提升循环检测算法的性能。进一步地,利用Xilinx公司的FPGA开发平台ISE 8.2i工具和Mentor Graphics公司的Modelsim仿真软件,进行了基于分布式计算的数字滤波器设计与仿真。为简化滤波器设计,在设计过程中还研究了通过Matlab工具快速获取滤波器参数,并通过调用Xilinx公司的IP核完成数字滤波器模块的FPGA实现方法,最后在Modelsim中进行了仿真验证,测试波形与设计要求相符,说明了研究的正确性。本课题研究工作对认知无线电的研究与应用进行了有益的探索,其结果对今后进一步的研究有积极的意义。