随着无线通信设备和服务大幅增长,无线频谱资源越来越稀缺。然而现实中许多通信系统的频谱利用率并不高。为了缓解频谱利用率低的问题,认知无线电技术在最近20年受到广泛关注。具有认知能力的通信设备在不降低原有已授权用户的通信质量基础上,可以实现更有效的无线频谱资源分配。运用信息论分析认知无线电的基本场景,能够获得具有普适性的传输策略。认知无线电网络一般分为3种模式,覆盖(Overlay)、重叠(Underlay)和交织(Interweave)。认知无线电最基本场景在许多研究中被假设为Overlay模式,认知用户具有信道系数、码本和主用户所发消息等认知边信息的模式。具有认知边信息的两用户信道,简称为认知信道。认知信道在多用户信息论中属于较为复杂的信道,同时含有多接入信道元素、广播信道元素和干扰信道元素。广播信道是多用户信息论中经典的通信场景。许多更加复杂的信道在广播信道基础上演化而来。干扰信道和广播信道一样也是经典场景之一。它描述了两个用户间相互干扰下的通信。随着信道中节点认知能力的不同,节点数量和组成方式的不同,认知信道乃至认知网络的通信容量会产生较大差异。本文主要围绕两用户广播信道、带认知边信息的认知信道以及部分认知信道进行研究,推导相应的容量界、容量内界和容量外界。主要内容和创新阐述如下:1.借鉴New-Jersey外界,基于费诺不等式、链式法则和希萨和恒等式,推导出了一种改进的广播信道容量外界。通过在某一类乘积广播信道上进行边界估计仿真,验证该外界比目前广泛使用的广播信道容量外界来得更紧,更贴近广播信道容量界。2.分析了几种主流的认知信道容量内界,并讨论这些内界对应的编解码策略所需的编码技术。随后考虑广播信道容量外界,将其改造成一个新的认知信道容量外界。证明该外界性能上和目前已知最贴近认知信道容量界的MGKS外界一样好。3.在认知信道基础上,推导出了一个新的离散无记忆部分认知信道容量内界。基于费诺不等式和广播信道容量外界,提出一个新的离散无记忆部分认知信道容量外界。针对混合干扰情况下的高斯部分认知信道,利用熵功率不等式等引理获得了该限定条件下的信道容量外界,并利用脏纸编码得到一个具有普适性的内界。推导得到的高斯部分认知信道容量外界和内界在和速率方面相互重合,从而得到该信道的和容量界。通过仿真确定了认知边信息给信道和容量带来的增益。