瞄准国际学科发展前沿，围绕国家重大战略需求，结合地方经济社会发展需要，实验室已形成了下列三个优势方向：（1）无线传输理论与技术；（2）通信信号处理技术；（3）无线通信网络与安全技术。
方向一：无线传输理论与技术
为有效解决制约认知无线电传输技术发展的瓶颈问题，开展天线的新结构与辐射模式之间的关联机理、天线与系统的融合和智能化以及天线与射频集成前端等研究，具体研究内容主要包括：
（1）基于多模理论的宽带电小天线技术研究；
（2）基于电磁复合材料天线技术研究，主要开展基于石墨烯、液晶等电磁复合超材料天线新结构技术研究；
（3）天线与射频/前端集成技术研究，重点研究模块的低功耗、高集成度技术、研究整体架构的功率分配、灵敏度和选择性等关键技术。
方向二：通信信号处理技术
主要研究复杂电磁环境下的杂波抑制、信号检测、参数估计和特征识别，研究阵列信号处理、智能波束赋形、MIMO信道建模与信号处理，空时频多维多源信息融合等，满足认知无线电系统快速分析、智能感知频谱资源、认知周围环境的要求，运用上述基础研究成果，研发目标探测与跟踪、矿山及地质灾害预警系统等环境感知系统。
具体研究内容主要包括：（1）深地目标检测技术研究；（2）遮蔽目标探测技术研究；（3）电磁态势感知技术研究；（4）基于声波/电磁波/地磁感知的目标检测技术研究；（5）空间电磁频谱的探测研究。
方向三：无线通信网络与安全技术
以提升通信网络容量为目标，以系统工程方法论、信息处理与人工智能为基础，围绕认知将环境感知、数据挖掘、智能决策与网络动态配置紧密有机地结合在一起，探索新型频谱感知技术、协作通信理论和信息流理论。
研究方向主要涵盖无线通信与感知系统的研究，具体包括：（1）无线通信与传感一体化技术研究；（2）无线传感器网络技术研发等方面；（3）研究多维认知信息表征理论、异构网络认知信息传输机制以及完善复杂异构认知无线网络容量分析；（4）高可靠、低时延、高密度5G移动通信关键技术研究；（5）研究星-海蓝绿激光通信、LED可见光水下通信。