近几年随着无线通信技术迅速发展,无线通信设备和手持移动设备的数量逐渐递增,对于固有的频谱资源如何提高频谱利用率已经成为了越来越重要的问题。首先本文从频谱感知和接入策略两个方面论述了国内外发展现状,根据检测信号带宽从窄带频谱感知和宽带频谱感知两个层次描述了不同频谱感知算法的优势和劣势,同时对动态频谱接入中常用的接入策略方法进行了介绍,引出本文的研究重点,即次级用户在认知通信中的频谱感知和接入传输波形设计的研究,并利用软件无线电设备构建认知通信场景。针对本文研究的主要内容,对频谱感知算进行了深入研究,从不同层次的对比分析不同频谱感知算法的性能。首先在窄带频谱感知中从传统的发射源频谱感知角度对能量频谱感知和匹配滤波感知进行对比分析,能量频谱感知不需要主用户的先验知识,计算复杂度低,并通过仿真结果得出该算法在高信噪比下具有良好的感知性能。然后在宽带频谱感知中,根据频谱池理论,提出层次频谱聚类算法进行频谱池的划分,与K-均值聚类算法和C-均值聚类算法进行对比。从仿真结果的对比分析中得出层次频谱聚类算法的性能明显优于K-均值聚类算法和C-均值聚类算法,在多子信道特征情况下依然可以保持感知的精确度和准确率在98%,相比于另外两种算法提高了10%以上。由于宽带压缩感知难以实现的问题,本文研究了基于亚奈奎斯特采样的宽带频谱感知技术,在降低采样率的同时,也能够对主用户进行有效的感知,通过仿真结果在得出在信噪比达到17dB时感知结果的和准确率达到95%以上,精确度达到90%以上,具有优良的感知性能。然后分析了频谱调制与频谱编码框架生成多载波波形的方法,通过理论推导和仿真验证了通过该框架生成多载波波形的可行性与正确性,通过仿真对比得出在高斯白噪声信道下不连续子载波正交频分复用相比于连续子载波正交频分复用在传输时具有更低的误码率,适合次级用户在认知通信中传输。最后,本文针对认知无线通信中次级用户的通信场景,应用能量频谱感知算法和设计的传输波形,利用通用软件无线电设备构建了次级用户的演示实验,演示并验证了次级用户在认知通信中的感知、接入和通信的过程。多次实验并利用接收到的信息验证传输系统的可靠性,成功的概率可以达到95%以上。