近年来,认知关键技术的研究开展得如火如荼,但距离最终产业化还有着相当大的差距。为了加快认知产业化的步伐,我们迫切需要实现一个能够验证这些关键技术的试验平台。本文的内容主要是如何设计、开发这样一个平台并基于平台进行理论研究。考虑到后向兼容性以及异构融合需要,本文选择依托时分双工长期演进(Time Division Long Time Evolution, TD-LTE)标准搭建认知无线网络验证演示平台,通过对现有LTE协议进行最小改动来达到将认知循环添加其中的目的。本文所做工作主要依托于国家973项目“认知无线网络基础理论与关键技术研究”和国家科技重大专项“面向WRC-11的频谱有效利用关键技术研究及验证”。本人在该项目中主要负责认知无线网络的物理层协议简化设计、物理层仿真验证、基于数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)的物理层开发以及一些基于认知无线网络架构的前沿理论研究。具体而言,本文的组织结构大致如下：首先,本文对认知无线网络技术的背景进行了总结,对LTE的系统架构、空中接口进行了概述。在此基础上阐明了设计基于LTE的认知无线网络协议的必要性以及设计基于认知无线网络体系架构决策算法的必要性。其次,在对LTE空中接口分层进行深入分析之后,提出了基于第三代移动通信伙伴项目版本9 (3rd Generation Partnership Project Release 9,3GPP R9)的各层协议设计及简化方案。其中,尤其结合无线资源控制(Radio Resource Control, RRC)层添加的认知消息以及媒体接入控制(Medium Access Control, MAC)层添加的承载认知信息的逻辑信道,详细介绍了如何设计承载认知信息的物理信道以及由此修改的资源映射方案。然后,根据设计的物理层协议在软件无线电平台上进行物理层开发。本文详细阐述了整个开发流程,包括硬件实体架构的设计、基于软件无线电平台的DSP程序架构设计以及具体的模块开发。之后,本文基于认知无线网络体系架构进行了一些决策算法的研究,旨在为搭建的平台决策算法的选择提供理论支撑。本部分的论述主要依托两篇已录用的论文(WCNC 2011以及ICC 2012)进行,分为集中式和分布式两部分阐述。最后,对全文进行了总结,指出了今后可以继续进行研究和开发的方向。