频谱共享通信系统是目前解决静态无线频谱分配制度频谱利用率低下的一项重要方案，其基本思想决定了频谱感知是该系统中最为核心的技术，不仅要求能在复杂的无线环境中检测到信号，还要求能对信号做出识别。原有认知无线电系统（Cognitive Radio，CR）采用协方差检测算法和添加静默期机制来实现频谱感知。由于协方差算法实际检测性能不高，静默期机制的添加导致频谱利用率也不高，本文分别研究了基于循环平稳特性的高性能检测算法和基于主用户特征序列的相关检测算法来解决上述两个问题，并在原系统硬件平台进行了实现。此外，本文还对基于高阶循环累积量的频谱感知进行了研究。首先，本文介绍了二阶循环平稳特性及循环谱密度函数的工程估计，提出基于循环谱相关的检测算法，仿真分析了该算法的检测性能，并在DSP（DigitalSignal Processer）内实现了该算法功能，通过实际环境下的测试验证了其在低信噪比下也具有良好的检测性能。其次，针对循环谱检测算法在本系统中无法准确识别数字电视信号和认知用户信号，考虑利用FPGA（Field Programmable Gate Array）的并行处理能力，优先对数字电视信号进行基于PN（Pseudo random Noise）序列的相关检测，达到从干扰信号中识别主用户信号的目的。仿真验证了相关检测的有效性，并在FPGA中完成了该算法模块的功能实现。最后，本文还研究了基于高阶循环累积量的信号调制分类和OFDM子载波估计算法。利用BPSK、QPSK和16QAM信号验证了所构造的分类特征的有效性，另外还验证了基于四阶循环累积量的子载波估计算法确实适用于采用16QAM调制的OFDM信号。