超宽带(Ultra-Wideband，UWB)无线通信技术以高传输速率、高分辨率和低功耗等优点日益受到人们青睐；认知无线电(Cognitive Radio，CR)技术在频谱资源日益紧缺的情况下越来越受到人们关注。超宽带无线通信技术的频带很宽，不可避免的会干扰基本用户通信。结合CR技术和L]WB技术的优点，认知超宽带应运而生了。它的出现将大大促进UWB技术的实用化进程，日趋成为UWB技术的研究热点。 本学位论文着重研究了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)的认知超宽带物理层体系结构，其核心内容是认知超宽带的频谱认知算法的研究和实现。 第一章简要介绍了UWB和CR的概念以及UWB技术和CR技术的标准化进程。 第二章简要描述了认知超宽带无线通信系统，包括研究背景、主要优点、系统框图和关键技术。 第三章阐述了认知超宽带系统的频谱检测算法。在匹配滤波器法和能量检测法这两种传统检测算法的研究基础上，提出了一种新的检测算法——循环功率谱特征检测算法。以BPSK、QPSK和OFDM这几种典型调制信号为例，推导循环功率谱、做出循环功率谱图，并且分别在高斯白噪声信道和多径信道中对循环功率谱特征检测算法的检测性能进行软件仿真和性能分析。 第四章研究了循环功率谱特征检测定点算法及其FPGA实现。用Verilog语言在FPGA中实现了循环功率谱特征检测定点算法，并给出了寄存器传输级视图、仿真设计和ModleSim仿真波形图。 第五章描述了基于高速超宽带国际标准ECMA368/369标准的认知超宽带物理层，提出了实现方案，完成了该方案的实现仿真。 第六章是对本论文工作的总结和对下一步工作的展望。 认知超宽带技术具有广阔的应用前景，具备了数据传输速率高、发送功率低、频谱资源灵活分配等优点，正处于蓬勃发展中。本论文对认知超宽带系统的物理层关键技术进行了研究，希望能够对下一步研究工作起到积极的作用。