传统的无线通信系统基于密钥加密,其安全性严重依赖于密钥的复杂度,已逐渐暴露出其安全隐患。更为基础的物理层安全无需复杂的密钥,而是从信息论的角度探究无线传输的理论安全性。方向调制作为一种新兴的物理层安全无线传输技术,近年来获得了学术界与工业界的广泛关注,其基本思想是将隐私信息发送到期望方向上,同时利用人工噪声干扰窃听方向。本文重点研究了方向调制技术中隐私信息与人工噪声的波束成形算法设计,主要内容包括:(一)为了提高方向调制多用户MIMO系统安全和速率,提出了基于泄漏的隐私信息和人工噪声波束成形向量设计方法,基本思路如下:最大化期望方向隐私信息功率,同时最大化窃听方向人为噪声功率。仿真结果表明:所提多用户方向调制合成方法的安全和速率性能优于传统正交法,且随信噪比增加,性能优势更加明显。例如,在信噪比为15dB时,所提方法的安全和速率性能比传统正交法相提高近40%。(二)为了解决传统的稳健方向调制需要获得角度测量误差统计特性的问题,提出无需误差统计特性的盲稳健方向调制合成方法,通过主瓣积分将隐私信号的功率集中到期望方向的主瓣区间内,同时将人工噪声的功率集中到所有窃听方向角区间内。仿真结果表明:存在方向角测量误差时,所提盲稳健方向调制在误比特率和安全和速率性能上均优于现有的正交法和泄漏法,当已知非完美窃听方向信息时,所提方法的期望方向误比特率性能提升近一个数量级。(三)针对传统方向调制中的安全隐患问题:当窃听者移动到期望方向主瓣内时可以窃听到隐私信息,提出基于多中继协作的安全精准无线传输新方案。在该方案中,多台中继站利用方向调制技术将隐私信息的波束成形主瓣对准期望位置,形成隐私信息能量主峰。仿真结果表明:当窃听者位于期望方向主瓣内时,所提安全精准无线传输新方案仅在期望位置处获得高的接收信干噪比,非期望位置由于随机相位导致能量相互抵消,人为噪声恶化接收信噪比,最终使非期望区域无法正确恢复隐私信息。