随着无线通信技术的广泛应用,保证无线通信的安全性的重要性不言而喻。传统保密手段以现代密码学为理论基础,通过密钥和加密算法对信息进行加密。但加密算法会随着计算机计算能力的发展而失效,加上密钥的泄露问题,是这种保密方式的痼疾。与此相比,物理层信息安全技术完全依靠物理层的固有特性,如信道的衰落特性和噪声,来实现保密通信,具有更高的可靠性。波束成形技术是多天线系统和协作通信系统的关键技术,与系统的性能密切相关,是多天线和协作保密系统设计的重要参数。在多天线和协作保密系统中,波束成形的设计原则主要有两种：一种是在保证窃听端无法窃听的前提下尽量提高系统的通信效率,以最大化保密速率为目标；另一种是在保证系统的通信效率的前提下尽量削弱窃听端的窃听能力,以最小化窃听端的信噪比为目标。从上述两种目标出发,针对多输入单输出(MISO)系统和基于解码转发(DF)方式的协作通信系统,论文深入的研究了系统的波束成形设计问题。论文的主要工作和创新点如下：(1)对由一个多天线信源、一个单天线信宿和一个单天线窃听端组成的MISO系统,在窃听端信道的信道状态信息(CSI)存在误差的假设下,论文提出一种具有鲁棒性的波束成形优化设计方案。首先,以最大化保密速率为目标,以发射功率为约束条件,进行优化设计问题建模。在对优化问题求解的过程中,论文利用半正定规划(SDP)将原优化问题近似为一个凸优化问题,从而得到原优化设计问题的最优解。仿真结果证明,以最差情况下的保密速率为标准,论文提出的鲁棒波束成形优化设计优于非鲁棒性的波束成形设计。(2)对一个工作在协作阻塞(CJ)方式下的MISO协作通信系统,在窃听端信道的CSI存在误差的条件下,提出一种具有鲁棒性的波束成形矢量和人工噪声的空间自相关矩阵的联合优化方案。论文以最小化窃听端的信噪比为目标,以发射功率和信宿处的信噪比需求为约束条件,进行优化设计问题建模。在求解优化问题的过程中,首先通过忽略秩一约束,将原问题近似为一个SDP问题。由于该SDP问题的解的秩不一定为1,无法以此得到原问题的解。根据SDP问题,论文构造了一个新的凸优化问题,此问题的解集包含在SDP问题的解集中,且秩为一将新问题的最优解分解后可得到原问题的最优解。利用KKT条件,论文对求解过程给出了详细的证明,并进行了仿真验证。(3)对由一个单天线信源、一个单天线信宿、一个单天线窃听端和多个单天线中继节点组成的,基于DF方式工作的协作通信系统,论文对中继节点的波束成形矢量提出一种优化设计方案。为使设计更贴近实际,论文将其他文献中常用的系统总功率约束,改为对每个中继节点发射功率的约束,以最大化保密速率为目标,进行优化设计问题建模。在CSI完全准确的假设下,论文对提出的优化问题进行求解。在求解的过程中,首先将原问题目标式的分母的取值确定,得到一个子优化问题,并求解。而后改变目标式分母的取值,进行一维线性搜索,得到原问题的最优解。为简化原优化设计问题的求解过程,通过添加迫零约束条件,论文提出一种简化的波束成形设计。结果证明,通过简化设计得到的次优的波束成形矢量的性能非常接近原优化设计。