无线携能通信技术,能够在保持有效通信的同时为网络中能量受限的节点提供稳定而持续的电源供应。然而,其作为无线通信的拓展与延伸,同样面临着信息泄露的安全威胁。近些年兴起的物理层安全技术,作为高层加密手段的重要补充,能够利用无线信道的“指纹特性”以较低的计算复杂度保证通信过程安全不受窃听,为无线携能通信系统的安全防护提供了全新的思路。无线携能通信中的物理层安全技术研究刚刚起步,相关工作尚且比较有限,仍存在几点问题亟待解决:1)缺乏结合无线信道时变特性对能量传递与信息传输之间安全需求差异的考虑;2)缺乏适用于无线携能通信系统中上行链路的安全传输方案;3)缺乏对多小区携能通信网络中能量效率与平均安全性能的考虑。受此驱动,本文依托国家自然科学基金项目与国家高技术研究发展计划(“863”计划)基金对无线携能通信中的物理层安全传输技术展开研究。首先,考虑无线携能通信系统中的单小区覆盖场景,针对下行链路提出一种机会式传输方案来保证安全性能;针对上行链路提出一种基于能量门限的on-off安全传输方案,以适当的传输延迟换取安全增益。最后,考虑无线携能通信技术在异构网络中部署的场景,提出一种多小区联合波束成形方案,在考虑能量效率的同时保证整个网络的平均安全性能。具体研究内容如下:1.针对单小区覆盖场景中的下行链路提出一种基于动态“信-能”切换的机会式安全传输方案。方案由信息传输与能量输送的安全需求差异入手,结合无线信道的时变特性实现能量与信息的并行传输。方案中发送端根据实时信道状态在“信息传输”与“能量输送”之间动态切换,利用下行周期上信道质量较好的区间传输保密信息,利用信道质量较差的区间完成能量输送。仿真结果表明:所提方案能够将下行链路的保密吞吐量提高36.9%以上。2.针对单小区覆盖场景中的上行链路提出一种基于能量门限的on-off安全传输方案。方案从发射功率对传输质量与安全性能的影响入手,结合用户“采集-发送”的工作模式及其能量限制提升上行传输安全性能。方案中用户根据自身能量储备状态选择发射与否,其通过引入能量门限并在发送时隙进行判决,在其可用能量低于门限时切断传输来保证信息安全,以适当的延迟作为代价提升传输的安全可靠性。仿真结果表明:所提方案能够将上行链路的保密吞吐量提升47.7%以上。3.针对多小区覆盖场景提出一种基于安全能量效率公平性的联合波束成形方案。方案一方面考虑小区间公平性以提升整个网络的平均安全性能,另一方面考虑能量效率以满足绿色通信的诉求,在满足基站功率约束及所有合法用户服务质量限制的条件下,以最大化网络安全能量效率公平性为目标联合优化设计多个基站处的下行波束成形矢量。仿真结果表明:所提方案能够有效提升整个网络的平均安全能量效率。