随着未来移动数据流量的爆炸式增长,人们多样化、差异化的通信服务需求对信息安全和用户隐私保护都提出了更为严峻的挑战。一方面,在未来超密集复杂异构的新型网络架构下,多网共存和网络密集化部署,这使得网络更加开放,由无线信道固有的广播特性带来的信息泄露问题尤为突出。另一方面,随着大数据时代的到来,通信节点计算能力和学习能力不断增强,传统依赖于通信协议高层的加密技术所设计的安全机制受到严重冲击,超密集异构网络部署使得用户间密钥分发管理难以实施。物理层安全技术作为通信网络高层加密技术的重要补充,其可以利用无线信道固有的随机特性实现信息的高安全传输,被公认为是未来无线通信的关键技术之一。协作中继技术作为物理层安全技术的重要使能技术,其可扩展通信范围、降低信息泄露以及提高信息传输安全性。但协作中继技术面临以下问题:首先,半双工中继模式带来严重的频谱效率损失。虽然全双工技术可以提高频谱效率,但其会引入额外的回路干扰,干扰合法信息传输,导致系统安全性能的降低。其次,电池供电的移动用户可能因为自身能量存储有限而不能作为中继节点协助通信。第三,移动终端持有者为具有社会属性的人,人与人之间的社交关系能否指导协作中继方案设计,以进一步提升无线通信安全性能,这一问题仍待研究。因此,如何针对未来能量受限的协作中继系统,设计高效的无线供能安全传输方案降低信息泄露,并利用用户间的社交关系促使中继协助合法用户进行保密通信,以实现无线信息高安全传输是本文研究的关键问题。本论文面向未来无线通信发展趋势,针对快速增长的通信需求与信息安全传输之间的主要矛盾,以降低信息泄露和最大化系统保密率为目标,以全双工技术、无线信息能量同传、用户社交信任度分析为基础,以协作中继技术为核心技术手段,重点研究面向无线供能协作中继系统的物理层安全传输理论与关键技术。具体研究内容与创新点简述如下:1)发展了无线供能全双工中继系统安全传输方案设计理论与方法。针对能量受限协作中继系统,首先基于时间切换能量收割协议,设计了新型全双工安全传输机制,在提升系统频谱效率的同时实现了中继的无线供能。为最大化系统的保密率性能,对能量波束矢量、信息波束矢量和时间切换因子的联合优化问题进行了建模,并提出了多变量交替迭代优化算法。理论推导获得了能量和信息波束形矢量的闭式表达以及时间切换因子最优解,并从理论上证明了该算法的快速收敛性。仿真结果表明,所提迭代优化算法可获得趋近于最优的保密率性能。2)提出了非完美窃听信道状态信息条件下无线供能中继系统的安全传输方案设计理论。在创新点1)的基础上,为抑制全双工中继带来的回路干扰对信息安全传输性能的负面影响,提出了一种新型两时隙全双工中继协议。该协议不仅可充分利用中继天线资源实现无线信息与能量同传,而且可利用回路干扰信号能量为中继供能,实现自能量回收(S-ER,Self-Energy Recycling)。进一步,研究了非完美窃听信道状态信息对系统保密率性能影响,推导了系统最差保密率(WCSR,Worst-Case Secrecy Rate)解析表达式,提出了鲁棒波束矢量和中继功率分配因子设计方案。与传统的基于时间切换协议的中继方案相比,所提基于S-ER的安全传输方案最大可带来80%的WCSR性能增益。3)提出了基于用户社交关系感知的物理层安全传输方案设计方法。为有效刻画协作节点社交关系对协作安全系统保密率性能的影响,首先建立协作用户与信源-合法接收端通信对间的社交信任机制,推导了兼顾协作节点社交关系的系统期望保密率解析表达式。进一步,提出了可感知协作节点社交关系信任度的协作干扰波束设计方案,并针对协作中继能量受限这一个问题,设计了基于时间切换协议的机会能量收割机制。本文从理论上获得了兼顾中继初始能量存储的机会时间切换方案的解析表示,在此基础上提出了最优中继选择方案,实现了系统保密率性能的最大化。综上所述,针对未来通信网络中无线供能中继系统的安全通信问题,本论文在新型全双工安全传输机制、自能量回收全双工安全通信、基于社交信任度的物理层安全传输方案等方面做出了深入研究,有效提升了系统保密率,通信系统的安全性得到了保证。