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多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)无线系统的物理层安全,作为传统加密技术的一种补充方案,已在多址接入、中继系统、认知网络、毫米波通信、无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)等中获得了广泛应用,是当前无线通信领域的研究热点。本文分别对码分多址接入(Code Division Multiple Access,CDMA)系统、MIMO无线系统和SWIPT系统中的物理层安全性能进行研究。第一章介绍了光CDMA系统和无线CDMA系统、MIMO无线系统、窃听者随机分布场景下的无线系统以及SWIPT系统的物理层安全研究现状。第二章研究了时间相关瑞利块衰落信道上空时扩频CDMA系统的物理层安全性能。该系统由采用空时扩频CDMA信号的发送端、合法接收端和窃听者组成,推导了上述系统在时间相关瑞利块衰落信道上的非零安全容量概率、安全中断概率和渐近安全中断概率的解析表达式。通过数值计算和仿真实验研究了以相关系数为参量的空时扩频CDMA系统的物理层安全性能。第三章针对反馈延时会恶化空时编码无线系统的物理层安全性能,提出一种采用信道预测和发射天线选择来增强其物理层安全的正交空时分组编码(Orthogonal Space-Time Block Code,OSTBC)方案。该方案基于预测的信道矩阵和接收信噪比最大化准则选定发射天线,之后将信号进行OSTBC编码并由选定的天线发射出去,合法接收端进行最大比合并、最大似然译码以及解调后恢复出安全信号,利用矩生成函数推导了信道预测和发射天线选择的OSTBC无线系统的非零安全容量概率、安全中断概率和渐近安全中断概率的解析表达式。数值计算和仿真结果表明,所提方案在低归一化延时下通过获得较大的安全阵列增益来增强发射天线选择的OSTBC无线系统的物理层安全性能。第四章针对SWIPT系统中窃听者的数量与位置信息在实际场景中难以确定的问题,将窃听者的数量与位置分布建模为泊松点过程。考虑独立与合谋两种窃听场景,分别推导了功率分割和时间切换策略下SWIPT系统的安全中断概率以及时间切换策略下安全吞吐量的表达式。通过数值计算和仿真实验研究了每种策略下各个系统参数对SWIPT系统物理层安全性能的影响。第五章为本文结论。