随着通信技术的飞速发展，以及智能无线通信设备的普及，移动互联网的发展得到了极大的推动，人们对于无线通信的质量要求也越来越高，这样的情况使得频谱资源日益紧张，频谱资源的短缺已经成为限制无线通信与服务应用进一步发展的瓶颈。传统的无线通信技术无法大幅提高频谱利用率。认知无线电技术是一种能够从根本上提高频谱利用率的技术，被认为是解决频谱资源紧张的问题的有效方法。认知无线电技术可以通过智能的感知频谱环境，分析并寻找可用的频谱资源进行通信，使得无线通信系统的频谱利用率和系统容量得到有效地提高。当前，认知无线电的技术研究非常多，主要是基于认知无线电技术的关键技术的理论研究以及仿真。本文在软件无线电平台上对认知无线电通信系统的实现进行了的研究和实践，目标是设计一个独立工作且无需频谱授权的无线认知通信系统，利用对频谱资源高效的感知和管理，提高频谱资源的利用率。本文主要研究基于GNU Radio和USRP实现的认知无线电通信系统。本文首先简要介绍了认知无线电技术的基本概念和研究现状；其次通过对认知无线电的应用的研究，设计了具体的认知无线通信系统方案。最后，以此方案作为基础，利用USRP和GNU Radio软件无线电平台对该系统方案进行了实现，为认知无线电技术理论提供了一个可实际测试和验证的平台。