无线通信所使用的频谱资源是一种非常有限的资源。而目前主要的固定频谱分配方式快速地消耗频谱资源。频谱资源的稀缺已经成为了限制无线通信技术发展和应用的重要因素。然而，美国联邦通信委员会的报告却表明，大多数被授权的频谱资源并没有被充分地使用，频谱的有效利用率很低。因此，为了缓解频谱资源稀缺矛盾，认知无线电技术应运而生。对于认知无线电网络，直接研究其容量域非常困难。因此，一些可以用来近似描述容量的特性的度量就被提出来了，其中就包括了自由度。近来，干扰对齐技术以自由度为度量，突破了许多经典的关于有线或者无线网络的吞吐量上限。在认知无线电网络中也出现了许多研究成果。本文主要研究了协作认知下无线电网络的可达自由度上界。协作通信被广泛用于各种通信网络来提高通信网络的吞吐量。因而本文在主用户与次要用户之间引入协作认知，以突破现有的认知无线电网络的可达自由度上界。本文把频谱共享的概念进行扩展，提出了自由度共享的概念，并重点研究了由单个主用户、单个或多个次要用户组成的SISO认知无线电网络。证明了该认知无线电网络的一个自由度上界，并在协作认知的情况下，设计了一个渐近干扰对齐方案达到了这个自由度上界，从而得到了该认知无线电网络的可达自由度上界。该可达自由度表明：1.对于只有单个次要用户情况，该次要用户可以得到主用户未使用的、剩余的全部自由度；2.对于多个次要用户，当主用户实际使用的自由度不超过其可使用的最大自由度的一半时，每个次要用户都可以渐近地得到最大自由度的一半。而当主用户实际使用的自由度超过其可使用的最大自由度的一半时，每个次要用户都可以渐近地得到主用户未使用的、剩余的全部自由度。然而，在这个渐近干扰对齐方案中，主用户不但没有得到任何好处，甚至还要作额外的预编码操作。因此，本文也给出了部分协助干扰对齐方案和全协助干扰对齐方案这两个协助干扰对齐方案来激励主用户参与协作认知。其中，部分协助认知干扰对齐方案是针对主用户实际使用的自由度超过其可使用的最大自由度的一半的情况来设计的，在这个方案中，次要用户协助主用户传送部分信息，并可以保证该情况下，自由度上限仍然可达；全协助对齐方案则要求协助主用户传送全部信息，主用户不需要发送信号甚至不需要发射机，但作为代价，网络的可达自由度会稍稍低于自由度上界，不过，自由度的损失会随着次要用户的增加而减小。本文也尝试把SISO认知无线电网络的自由度结论扩展到MIMO认知无线电网络中。证明了两种情况下的可达自由度上界。一种是只有一个次要用户的情况，此时该次要用户可以获得主用户未使用的、剩余的全部自由度；另一种情况是多个次要用户且主用户使用的自由度不超过其可使用的最大自由度的一半，此时每个次要用户都可以得到最大自由度的一半。最后，本文指出了还需进一步研究的问题，包括MIMO认知无线电网络的其他情况以及存在多个主用户的情况等。