随着纯语音通信到多媒体业务的转换，通信业务对数据传输率要求越来越高。然而，由于频谱资源的有限性，传统的静态频谱分配机制已经不能适应越来越多的高速率传输设备的要求。这导致一些无线频谱过度拥挤，而另一些频谱很少、或者基本没有被使用的情况。认知无线电被看作是提高频谱利用率，解决频谱资源匮乏最具潜力的技术。认知网络中，在授权频段空闲或者次级用户对主用户的干扰低于一定水平时，次级用户通过频谱感知接入授权给主用户的频段。因此，频谱感知是认知无线电网络中最重要的技术。本文主要研究了主用户多传输功率场景下，基于匹配滤波器的频谱感知和功率识别算法。与传统的二元检测只判定主用户的忙闲状态相比，本文不但能判断主用户的忙闲状态，而且能识别主用户的传输功率。本文首先对认知无线电的背景、关键技术、发展现状以及面临的挑战进行了概述，并分析了现有主要频谱检测技术。其次，提出了更合理的主用户多传输功率场景下的频谱感知方法，包括基于分组检测法的频谱感知和功率识别算法以及基于直接检测法的频谱感知和功率识别算法，且这两种算法都讨论了信道相位已知和信道相位未知的情况。在分组检测法中，将主用户状态分为忙闲两组，算法的第一步决定主用户的忙闲状态，第二步识别主用户的传输功率；而直接检测法能同时识别主用户的忙闲状态和传输功率，不再分成两个步骤实现。最后，本文研究了主用户多传输功率场景下的协作频谱感知和功率识别算法，分别讨论了多数判决融合和最佳判决融合两种协作频谱感知方法。通过仿真对比了两种协作频谱感知方法的性能以及单用户频谱感知和协作频谱感知的性能。