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随着无线通信技术的发展,尤其是第四代移动通信(Fourth Generation,4G)向第五代移动通信(Fifth Generation,5G)演进的过程中,超高宽带、万物互联等要求被提出,多样化的服务和更高的安全保证必不可少。无线通信由于其传输介质的开放性和广播性等,使得无线网络中的合法用户信息被潜在的非法用户窃听攻击,对无线通信的安全性产生很大的威胁。传统的以密码学为基础的加密技术依赖于提高密码破解的计算量有很多缺点,物理层安全能够利用无线信道的唯一性和互异性实现安全保证,极大地增强整个系统的安全性能。MIMO技术作为无线通信的关键技术,能够利用空间的自由度获得分集和复用的增益,提高系统的传输速率和可靠性。近年来全双工(Full Duplex,FD)技术成为无线通信的研究热点,其安全问题也是目前的热点问题之一。FD系统的安全性能要比半双工(Half Duplex,HD)系统高,但是FD系统的安全速率受到自干扰的制约,在剩余自干扰较强的情况下,其安全速率甚至可能低于半双工系统。而自干扰消除复杂度和能耗较高。因此,本文研究在无需复杂的全双工自干扰消除的条件下,提出一种自适应的FD/HD混合双工中继方案,动态的选择双工模式,使得系统的安全速率最大化。本课题对混合双工中继的MIMO系统的物理层安全问题进行了探讨,建立了一个MIMO中继系统模型,同时在发射端和中继利用波束成形的技术来提高系统的安全性能,以保密速率作为指标,由于FD系统中的剩余自干扰的影响,本文提出的混合双工中继方案使中继在FD、HD之间进行模式的选择以使系统的保密速率最大化,同时保持相对较低的计算复杂度。针对MIMO中继利用放大转发(Amplify and Forward,AF)协议的通信过程进行了分析,研究了混合双工中继方案。通过对发射端和中继端的波束成形矩阵的设计,来提高混合中继系统的保密速率。为了降低计算复杂度,通过奇异值(Singular Value Decomposition,SVD)分解将矢量问题转化为成为标量问题,同时也将联合发射端中继的波束成形问题转化为功率分配的问题。由于目标函数的非凸性,提出一种基于DC规划(Difference of Convex Programming)的次优迭代功率分配算法,在考虑系统总发射功率的限制下,利用提出的功率分配算法进行优化求解最大的保密速率。仿真结果表明,所提出的混合双工中继方案相比于传统的FD或者HD中继系统能实现更好的安全性能。所提出的功率分配算法的收敛速率较快,降低了复杂度。在此基础上,针对MIMO中继利用解码转发(Decode and Forward,DF)协议的通信过程中的安全问题,研究了混合双工中继方案。首先对DF协议下的系统的信道和信号进行建模分析,对发射端和中继的波束成形矩阵设计来提高系统的安全性能。在本研究中,对AF、DF两种协议下的不同双工中继通信系统中的保密速率进行仿真,仿真结果表明用于DF协议系统的混合双工中继方案能够有效地提高安全性,同时DF协议的保密速率无论在何种双工模式下都高于对应的AF协议。