随着无线通信技术的广泛应用,频谱资源越来越稀缺,匮乏的无线频谱资源已经严重影响无线通信技术的发展速度。认知无线电技术应运而生,在不影响授权用户正常使用的情况下,利用自身一定的学习能力,通过对频谱资源的感知,自适应地调整发射频率与功率,提高了频率使用效率,此技术成为将来无线通信领域的一个研究热点。目前认知无线电通过频谱检测与共享技术可以大幅提高频率资源时间维度上的使用效率,而从提升单位频率的信息量提高传输速率和降低误码改善传输质量方面做的研究较少。本文将现有的MIMO技术融入到认知无线电通信系统,并使用USRP软件无线电平台对MIMO通信功能进行设计与实现。在实现过程中,重点完成的第一个方案是基于空时编码的MIMO系统,采用Alamouti编码,主要工作是对编码、信道估计、同步以及译码数字信号处理模块的设计和编写;第二个方案是基于接收分集的MIMO系统,采用的是MRC(最大比值合并)合并方案,主要工作是基于RSSI(接收信号强度指示)求得近似SNR(信噪比),并求得各分路的合并权值。对这两种方案分别首先进行了Matlab理论仿真,然后使用C++对算法进行编码,使用GNURadio软件及USRP(通用软件无线电外设)进行实测验证,并对仿真及实验结果进行了分析。最后,对现有的无线通信获取位置信息算法进行分析,针对具有MIMO功能的认知无线电系统,利用其多天线的特性,提出了基于RSSI/TDOA(接收信号强度/到达时间差)获取认知无线电授权用户位置与功率信息的算法,以牺牲了较小精确度为代价简化了定位模型以及计算过程。鉴于通信噪声的存在,本文进一步提出了基于RSSI及TDOA数据的加权算法,从统计学的角度上对基于RSSI/TDOA获取的授权用户位置信息进行优化,减少了其均方根误差(RMSE)。基于这两个理论算法使用Matlab进行了仿真实验,并对结果进行了分析。