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为了满足近年来移动通信业务迅猛增长的需求,万物互联的无线通信要求支持峰值速率高达10Gbps,并保证无线网低于1ms传输延时。作为一种可成倍提高无线传输速率关键技术,多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Out,MIMO）技术在近20年来得到了广泛且深入的研究。MIMO技术通过给每根天线配备一根射频链路,充分挖掘空间复用增益或阵列增益。然而,随着天线数目趋近于大或超大规模,其面临硬件成本高昂、功耗高等挑战性问题,往往限制了其在移动设备上的应用。空间调制（Spatial Modulation,SM）技术通过配备单根射频链动态调整其对应发射天线,同时运用空间调制信号与天线指数传递信息。事实上,SM是介于空时码与贝尔实验室空时分层技术之间的第三种方案,可以实现能效性、硬件成本和性能之间的良好折中。另一方面,无线传输的广播特性使得SM网络面临窃听风险,因此构建一组成体系的安全传输策略十分迫切。本文重点研究在瑞利衰减环境下,从无线物理层安全角度设计SM系统的通信安全传输关键技术如下:发射天线选择（Transmit Antenna Selection,TAS）、功率分配（Power Allocation,PA）、预编码器以及人为噪声（Artificial Noise,AN）的波束成形器。主要研究工作与创新点如下:（1）为了提升有限符号输入下SM系统的遍历性安全速率,提出了三种低复杂度TAS方案。分析了遍历性安全速率在低信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）区域的渐近特性,得出结论:最优发射天线组合是选择出期望用户信道与窃听信道之间信道质量差距最大的一组天线集合。与之配合地,进一步提出适用于高SNR区域的低复杂度TAS方案。此外,为了克服在中间SNR区域下安全速率的损失,提出了一种适用于全局的TAS方案。特别指出,该方案能达到与穷尽搜索（Exhaustive Search,ES）方法相近的安全性能。仿真结果表明,提出的三种方案能大幅度削减TAS的搜索复杂度,且与传统的基于欧氏距离的天线选择方案相比,能获得明显的安全性能增益。（2）在总功率约束情况下,合理的分配私密信息与AN的功率对提升SM系统的安全性有重要影响。考虑到遍历性安全速率缺少闭合表达式,本文将闭合形式的截断速率引入到安全SM系统来替代非闭合的安全速率表达式,获得了与直接处理原问题相近的性能增益。为了得到最佳PA因子,提出了两种解决策略:迭代解和解析解。对于迭代解,利用截断速率构建了PA凹最大化问题。为了降低迭代解的复杂度,进一步构建了最大化期望用户的信泄噪比（Signal-to-Leakage-Noise Ratio,SLNR）与窃听用户的AN泄噪比（AN-to-Leakage Plus Noise Ratio,ANLNR）乘积方法。通过分析和推导该问题的候选解集合,最后锁定满足条件仅有的一个解。仿真结果验证:提出方案的安全性能均可逼近一维搜索,但复杂度会显著降低。（3）为了探究TAS和AN的波束成形器对SM系统安全性影响,提出两种解决方案:联合设计和分离设计。此处,通过合理引入新的替代函数推导出有效的闭合表达式来替换非闭合的安全速率。基于此,考虑到TAS是0-1整数规划而AN的波束成形器设计是连续优化问题,因此该问题属于混合优化范畴且通常极难获取其最优解。为了解决该难题,文中不仅引入模拟退火（Simulated Annealing,SA）机制来解决关于TAS整数规划问题还结合凸优化理论解决波束成形器的连续优化问题。同分离设计相比,联合设计可以获得更接近基于联合ES与梯度上升法的最佳解,但具有较高的计算和搜索复杂度。简言之,分离设计实现了高性能与低复杂度之间的有效平衡。另外,当发射天线数目趋于大规模,推导出最大化安全速率问题可进一步简化为最大化期望接收机（Bob）的信干噪比（Signal-to-Interference-Noise Ratio,SINR）与Eve的SINR之间比值,仿真结果表明若干次迭代即可获取该问题的近最优解。（4）为了探究多天线窃听者（Eve）对预编码辅助的SM（Precoding-aided SM,PSM）系统安全性的影响,提出一种基于迭代法来设计AN协方差矩阵（AN Covariance Matrix,ANCM）策略。由于发射机（Alice）只能获取Eve部分信道信息,首先分析在不完美信道下安全速率的特性并推导了相关的闭合速率表达式,该式可认为是原问题的一个近似的下界。特别指出,此处的闭合式存在误差,因此获取的解也是严格次优。为了解决该问题,通过引入若干个松弛变量,将优化问题中的目标和约束逐一转换为等价的凸约束问题。仿真结果表明,构建的安全速率最大化策略可以进一步优化ANCM,能达到与基于梯度下降方法相近的性能。（5）针对混合式广义SM（Generalized SM,Gen SM）系统,研究了混合结构下模拟编码器（Analog Precoder,Ana-P）和数字编码器（Digital Precoder,Dig-P）设计策略。由于Gen SM系统中,联合设计Ana-P和Dig-P面临极高复杂度的困境,提出利用交替迭代算法来分别设计模拟Ana-P和Dig-P。由于目标函数的非凸性,还构建了两个凹函数分别设计Ana-P和Dig-P。针对模一约束的Ana-P设计难题,借助于秩一松弛方法将向量优化问题转变为半正定矩阵优化问题,并构建了该问题的下界且为凹函数作为新目标函数。另一方面,通过引入拉长向量将多个Dig-P集中替换,并建立针对该问题的优化方法。仿真结果表明:与现存的混合结构算法相比,提出的交替迭代算法能够明显地提升混合Gen SM系统的安全性。