认知无线电是一种提高无线频谱利用率的有效方法,频谱感知是其关键技术之一,本文主要研究频谱感知算法及实现。首先,在分析比较经典频谱感知算法优缺点的基础上,为避免噪声功率波动以及信号先验消息获取困难,本文提出了基于二次协方差矩阵的频谱感知算法。该算法在协方差矩阵的基础上,进一步扩大了有无主用户信号时协方差矩阵的差异性,在低虚警概率条件下,有效提高了算法检测性能。但由于二次协方差矩阵算法需要多天线接收,工程实现复杂,本文研究提出了利用功率谱极值和几何平均的频谱感知算法(PSEGAR)。该算法尽可能地消除了噪声影响且保留主用户信号信息,降低了未知载波频偏和噪声不确定性对频谱感知算法性能的影响。然后,基于AD9361射频芯片设计了频谱感知系统。该系统由AD9361射频芯片、ZYNQ基带处理单元和计算机(PC)构成。AD9361主要实现射频信号的收发、变频、A/D、D/A等功能;基带单元主要实现信号数据的实时处理;PC机上实现基于Simulink设计的系统软件,根据系统软件架构,分别设计数控模块、发射模块、接收模块和主控界面模块。实现了控制参数和信号数据与硬件平台的交互,同时可以自主设置主用户信号的个数、功率、频段位置和码元速率等信息,并编程实现了本文所提出的PSEGAR频谱感知算法。最后,本文对所设计的频谱感知系统进行了实时信号的频谱感知测试。研究并提出了多调制信号产生方法及实现,信号性能测试结果表明,该硬件平台产生的多调制信号EVM值小于2.1%。对所设计的频谱感知系统的性能测试结果表明,该系统能够实时准确地接收空中信号,且本文的PSEGAR算法能够实时感知空中信号。该算法无需主用户信号先验信息,对噪声不确定性和载波频偏鲁棒性强。该频谱感知系统对研究实际环境下的频谱感知算法具有重要的应用价值。