近年来,基于无线通信的智能设备、应用以及服务呈现出了爆发式的增长。然而,无线通信可用的频谱资源有限。在目前的频谱分配机制下,频谱的利用率较低。因此,可提高频谱利用率的认知无线电技术引起了专家和学者们的广泛关注。基于认知无线电技术的通信系统可以充分利用有限的频谱资源,并提供质量更好的服务。另外,无线传输的特性决定了传统无线通信系统的传输速率和服务质量无法满足很高的要求。因此,能够同时提高无线通信的质量以及频谱利用效率的协作认知网络非常值得研究。再者,作为一个无线通信系统普遍存在的问题,持续的能量供给也是协作认知网络中的一个重要的问题。因此,本论文将携能通信技术应用于协作认知网络。本论文主要从信息论的角度,针对可充电协作认知网络的通信质量以及物理层安全这两个问题进行了研究,并且就不同参数对系统通信质量以及安全性能的影响进行了详细的分析。另外,本论文还针对可充电协作认知网络中不同的协作策略,即单个中继和多个中继协作,分别进行了研究。并且,对这两种协作策略可实现的性能进行了对比分析。考虑到Nakagami-m衰落信道比Rayleigh衰落信道更接近实际无线信道,所以本论文采用Nakagami-m衰落信道。具体来讲,本论文的主要研究内容及成果如下:第一,分析了可充电协作认知网络中的主用户在单中继协作和多中继协作机制下,分别可实现的速率的表达式。然后,根据中断概率的定义,得到了主用户分别采用单中继和多中继协作时,中断概率的具体表达式。第二,研究了不同系数对系统中断性能的影响并对直接传输,单中继协作以及多中继协作在不同系数下的中断性能进行了对比。其中,就次要用户可实现的速率以及主用户可实现的速率的折衷这一指标来讲,单中继协作策略优于直接传输和多中继协作。也就是说,在采用单中继协作策略的系统中,次要用户可以获取到更多的利益。第三,针对可充电协作认知网络中的安全中断问题进行了研究,分析了可充电协作认知网络在单中继和多中继协作策略下主用户分别可实现的安全容量,并根据安全中断概率定义,通过推导得到了具体的表达式。第四,研究了不同系数对系统安全性能的影响,并对单中继协作以及多中继协作策略下的安全中断性能进行了对比,发现单中继协作策略下主用户的安全中断性能优于多中继协作策略。