协作通信由于可以实现和多输入多输出(MIMO)相同的空间增益,解决了终端用户为了传输性能需要配备多天线的困扰,同时还可以扩大通信的覆盖范围,所以提出以后立刻引起了学者的关注。与此同时放大转发(AF)中继技术要求硬件简单且能够保证数据的完整性,所以本文以AF中继系统作为研究对象,从功率分配和中继选择两个方面研究物理层安全下的协作技术。物理层信息理论保密问题已经引起越来越多的关注,考虑到有效性和可靠性都是无线网络设计过程中重要的设计目标,因此,在第一部分,本文考虑在同时满足安全服务质量(QoS)和系统总功率的约束下获得最大化系统容量的问题。换句话说,考虑的是系统容量和安全容量之间的权衡。本文提出了一个AF中继系统的最佳功率分配方案,并且获得了闭式表达式。仿真结果表明提出的功率分配策略是有效的,而且中断概率也得到了改善。在第二部分,本文首先研究了在含有多名窃听者的无线系统中物理层的安全问题。考虑到在众多中继中保证它们公平的重要性,利用信道参数比值的累积分布函数,呈现了可以同时满足公平性和安全要求的次优中继选择策略。通过中继选择概率的表达式分析中继的公平性。实验结果证明了在该策略下,众多中继的严格公平性。同时也求出了中断概率的表达式。最后,由于在协作通信中,中继处于半双工的工作方式,导致单向中继系统频谱利用率低。为了解决此问题,本文在第三部分研究双向中继模型,着重讨论面向物理层安全双向AF中继系统的安全速率的优化问题,该问题中中继具备能量收集功能。利用统计的信道状态信息,首先建立一个适用于快衰落信道的实际环境的双向中继模型,此模型中中继是不可信的,由此引发通信的安全问题。然后,在总功率的约束下,构建一个功率分配问题,包括通信双方的功率分配以及中继接收信号后的功率分配,以最大限度地提高安全速率。通过微分求解,得到了封闭形式的解决方案,从而为实际系统设计提供有价值的指导。对于更广泛的应用,本文已经表明所得的结果能够扩展到多中继多用户场景。仿真结果和分析结果十分吻合。