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放大转发(Amplify-and-Forward,AF)和解码转发(Decode-and-Forward,DF)协作无线通信系统的物理层安全是当前无线通信的研究热点,进一步改善其物理层安全性能可采用多入多出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)技术、多中继选择技术、多用户分集技术以及上述技术的组合。常用的中继系统架构有三节点的单中继系统、多支路多中继系统、多跳系统、多中继与多用户系统等。本文将分别研究多跳自适应DF中继系统、采用发送天线选择(Transmit Antenna Selection,TAS)/接收最大比合并(Maximal Ratio Combining,MRC)天线分集的多中继与多用户选择自适应DF系统、采用信道预测的中继选择AF系统以及TAS/MRC天线分集的多中继与多用户选择AF系统的物理层安全问题。第一章分别介绍DF中继系统和AF中继系统物理层安全的研究现状。第二章研究多跳自适应DF中继系统的物理层安全性能,推导其非零安全容量概率、安全中断概率及其在高信噪比下的渐近安全中断概率表达式,研究结果表明多跳自适应DF中继系统的安全分集增益为目的节点接收天线数。为改善多中继与多用户自适应DF系统的物理层安全性能,提出了一种采用TAS/MRC天线分集的多中继与多用户选择自适应DF系统的物理层安全增强方案,并推导其非零安全容量概率、安全中断概率以及渐近安全中断概率表达式,研究结果表明上述多中继与多用户选择自适应DF系统的安全分集增益为最优中继节点的发射天线数、最优用户的接收天线数、用户数三者乘积。第三章提出了一种采用信道预测增强中继选择AF系统物理层安全的实现方案,并研究其在多窃听场景下的物理层安全性能,数值计算与仿真结果表明采用信道预测能够减轻反馈延时对中继选择AF系统物理层安全性能的影响。提出一种采用TAS/MRC天线分集的多中继与多用户选择AF系统的物理层安全增强方案,并推导其在单窃听场景下的物理层安全性能,研究结果表明上述多中继与多用户选择AF系统的安全分集增益为源节点的发射天线数、最优中继节点的接收天线数、中继节点数的三者乘积与最优中继节点的发射天线数、最优用户的接收天线数、用户数三者乘积之间的最小值。第四章为本文结论。