Cách tiếp cận Underlay Cognitive bao gồm các kĩ thuật thông tin vô tuyến có khả năng nhận thức dựa trên giả định rằng phần nhận thức có thể kiểm soát được nhiễu gây ra bởi máy phát của nó tới máy thu của những PU. Một trong những yêu cầu cơ bản trong kịch bản triển khai này là SU không gây nhiễu đáng kể tới thông tin của người sử dụng chính hiện thời. Theo mô hình vô tuyến Underlay Cognitive này, truyền dẫn cognitive và non-cognitive có thế xảy ra song song chỉ khi nhiễu tạo ra ở các thiết bị cognitive đối với các thiết bị chính không kéo SNR ở chúng xuống dưới một ngưỡng nhất định. Việc hạn chế nhiễu cho người sử dụng chính có thể được đáp ứng bằng cách sử dụng kĩ thuật đa anten để hướng các tín hiệu Cognitive ra xa các máy thu non-cognitive hoặc sử dụng băng tần rộng hơn để các tín hiệu Cognitive có thể trải phổ ở mức nhiễu nền và sau đó giải trải phổ ở phía máy thu Cognitive, công nghệ này dựa trên kĩ thuật trải phổ và truyền dẫn băng siêu rộng UWB. Hình 1.9 thể hiện cách chia sẻ phổ tần của mạng Underlay Cognitive.
Hình 1.9 Chia sẻ phổ tần trong mạng Underlay Cognitive
Nhiễu gây ra bởi máy phát thứ cấp tới máy thu chính có thể ước tính thông qua tương hỗ nếu máy phát thứ cấp có thể nghe được truyền đạt từ máy thu chính. Ngoài ra, máy phát thứ cấp có thể hạn chế mức công suất đầu ra để đảm bảo rằng nhiễu gây
ra ở máy thu chính vẫn dưới ngưỡng quy định. Tuy nhiên, vì việc hạn chế nhiễu trong hệ thống Underlay thường khá khó khăn nên điều này là trở ngại đối với những SU truyền thông trong phạm vi ngắn. Mô hình Underlay Cognitive phổ biến nhất trong phổ tần được cấp phép tuy nhiên nó cũng có thể sử dụng trong băng không được cấp phép để cung cấp các lớp dịch vụ khác nhau cho những người dùng khác nhau.