随着无线通信技术的发展，频谱资源的使用日趋频繁，无线频谱的紧缺成为限制无线通信发展的新瓶颈。认知无线电技术能够感知频谱环境，实时地调整传输参数，以伺机的方式使用空闲的授权频谱，可以有效解决频谱资源缺乏问题，成为近年来无线通信领域的一个研究热点。本文基于认知无线电的基本原理，先提出了基于中心式的认知无线电演示系统，由频谱环境模拟器、认知节点、管理中心构成。对系统工作场景、各个功能实体的功能以及节点间传输的信息内容、格式进行了设计，形成了比较完善的通信协议。并且在DSP+FPGA硬件平台上实现了认知系统的正常运行。随后，提出了基于分布式结构的认知无线电通信系统设计，详细介绍了分布式认知无线电通信系统节点的工作流程，并用软件仿真验证了分布式系统协议的完善性。最后研究了认知无线电通信系统中的静默期，提出了在无静默期条件下，配合通信信噪比完成的主用户检测方法，并使用该方法改进了现有系统协议。