异构蜂窝网络的快速发展的同时,也面临着异构部署及复杂干扰所带来的多样化无线安全威胁。物理层安全技术利用无线信道的“指纹特性”作为高层加密的有效补充,保障异构蜂窝网的安全通信。现有的物理层安全传输技术大多需要基于准确的信道状态信息(Channel State Information,CSI)进行设计。在异构蜂窝网通信过程中,直接基于互易性得到的下行CSI存在较大误差,一般通过有限反馈技术来获得更为准确的CSI。现有有限反馈条件下物理层安全传输技术研究分为两种思路,一是设计反馈传输方案提升CSI精度,从而获得更高的安全性能;二是通过优化波束矩阵在存在CSI误差的条件下提供更高的安全性能保障,即鲁棒传输方案。但受限于节点类型、数量等因素,传统网络中的有限反馈条件下物理层传输方案很难直接应用于异构蜂窝网。而现有的有限反馈条件下的异构蜂窝网物理层安全尚处于起步阶段,相关工作比较有限,还有如下问题亟需解决:1)缺乏针对有限反馈条件下的异构蜂窝网物理层安全分析框架;2)缺乏有限反馈条件下异构蜂窝网络中提升CSI精度的传输方案;3)现有有限反馈条件下的鲁棒传输方案无法保证存在多窃听者时的安全性能。针对上述问题,本文对有限反馈条件下的异构蜂窝网物理层安全进行研究。考虑异构蜂窝网中节点类型多样、数量巨大,拓扑结构动态变化等特点,首先建立了有限反馈条件下异构蜂窝网物理层安全分析框架,然后在此基础上设计了可变反馈长度的异构蜂窝网物理层安全传输方案,以及有限反馈条件下的针对多窃听者的鲁棒安全传输方案。本文的具体研究内容及成果概括如下:1.建立了有限反馈条件下异构蜂窝网物理层安全分析框架。分析框架主要包含模型建立及分析流程两个部分,从而对异构蜂窝网络的安全性能进行研究。针对异构蜂窝网节点类型多样、拓扑结构复杂的情况,应用随机几何工具对节点位置进行建模,结合反馈误差和估计误差的联合误差模型,构建了有限反馈条件下K层异构蜂窝网的安全传输模型;分析流程中利用概率密度推导覆盖概率和安全中断概率等评价指标的闭式解,分析了天线数量、反馈长度、估计精度以及基站分布密度等参数对异构蜂窝网安全性能的影响,通过仿真验证了理论推导结果的准确性。2.结合异构蜂窝网各类基站天线数量、分布密度不同的特点,设计了基于可变反馈长度的异构蜂窝网物理层安全传输方案。方案在每个时隙内为各层基站不同程度地分配更多的反馈位数,通过提升CSI精度实现更高的安全吞吐量。在设计反馈长度过程中,由于时隙长度有限,考虑反馈时间与传输时间的折衷,在覆盖概率和安全中断概率约束下,应用联合搜索算法搜索各层网络最优的反馈长度与编码参数。仿真结果验证了方案在天线数量变化时可保持较高的安全吞吐量,相较于现有的固定反馈长度方案最高可将安全吞吐量提升15%左右。3.针对多窃听者的异构蜂窝网络,提出了一种有限反馈条件下的鲁棒安全传输方案。方案的核心思想为通过基站间协作,调度网络中干扰与人工噪声降低窃听者信道质量,从而减少其获得的信息量。考虑到CSI的有限反馈误差,通过S-程序对波束进行校准从而提升针对误差的鲁棒性。方案采用信能同传技术提高系统能量利用效率,对信息与能量波束矩阵进行联合设计,以最大化系统最小的安全能量效率为优化目标,利用凸优化算法对优化问题进行求解。仿真结果表明,所提方案的鲁棒性较高,相比传统方案在窃听者和误差增加时分别可以减少安全能量效率损失35%和10%左右。