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无线中继能够扩展通信的覆盖范围、增加系统容量、提高频谱效率，被认为是无线通信的关键技术之一。然而，无线信道的开放性和多中继的分布式协作使得无线中继网络对于窃听的危害更加脆弱。从物理层的角度理解安全通信的极限，并设计安全通信方案对于理论研究和实际应用都非常必要。物理层安全技术以信息论为基础，利用信道的随机特性来保证信息的安全传输。论文以单向放大转发中继、单向解码转发中继以及双向放大转发中继为研究对象，以安全性能为优化目标，分析和解决了波束成形、中继选择以及功率分配在物理层安全中的应用问题，进一步完善了无线中继通信中物理层安全技术的理论体系架构。论文主要工作和创新有以下几个方面: (1)针对存在多个窃听节点的AF中继通信，论文进行了基于安全的波束成形技术的研究，设计了两种中继波束成形优化传输策略:(a)中继功率约束下安全速率最大化策略;(b)安全速率约束下中继功率最小化策略。通过引入辅助变量将波束成形多维优化问题转变成两级联合优化问题，并通过半正定放松和凸优化技术相结合的方法得到了近似最优的波束成形方案。为降低优化问题求解的复杂度，利用所有窃听节点最大比合并作为等效虚拟窃听节点，提出了两种传输策略相应的次优波束成形方案。仿真结果表明，近似最优波束成形方案的安全性能趋近于最优波束成形方案的性能上界，次优波束成形方案也优于现有的迫零波束成形方案，而且论文所提的波束成形方案具有很强的健壮性。 (2)针对存在窃听节点的DF中继通信，论文进行了基于安全的中继选择方案的研究。在同时考虑第一时隙可达速率和第二时隙安全速率的基础上，提出了联合安全速率。以联合安全速率为优化目标，设计了两种网络的中继选择方案:(a)集中式中继网络（比如小区蜂窝网），即所有的中继节点服从一个中心控制单元的命令来决定是否转发源节点信息，分析了增加中间节点作为DF中继会使得安全速率上升而使得第一时隙可达速率下降的矛盾性，提出了集中式中继选择方案，它只有线性的复杂度。(b)分布式中继网络（比如无线传感网络），即中继节点通过独立的信息交互来决定是否转发源节点信息。将这种分布式协作建模成联盟形成博弈，给出了不同联盟划分的Max-Pareto比较规则，提出了合并-拆分的分布式中继选择算法，并分析了算法的稳定性。仿真结果表明，集中式中继选择方案是最优的;分布式中继选择方案安全性能略有下降，但是其适用于无中心控制单元的网络。 (3)针对存在非信任中继的双向通信，论文进行了两用户基于安全的功率分配方案的研究。基于中继对两个用户的信号进行联合检测的假设，以安全和速率为研究目标，设计了无人工噪声辅助和人工噪声辅助下的功率分配方案。针对无人工噪声辅助的双向通信，通过讨论最优化问题的KKT条件，提出了最优信号间功率分配方案;针对存在人工噪声辅助的双向通信，分析了两种用户对人工噪声的处理方式:(a)用户已知对方的人工噪声，推导了安全和速率与源节点发送信号功率的关系，提出了迭代功率分配方案，并证明了其收敛性;(b)用户未知对方的人工噪声，提出了次优的功率分配方案。仿真结果表明，在双向用户未知对方人工噪声的情况下，论文所提的次优功率分配方案与最优功率分配方案的安全性能几乎相同;相比于无人工噪声，人工噪声的辅助可以提高双向中继通信的安全和速率。