由于无线通信网络的开放性,使得传输信息被窃听的风险成为了一个非常值得关注的问题。物理层安全技术作为一种可以有效保证通信安全的技术,最近吸引了通信界的关注。物理层安全的基本思想是利用无线信道的特征,最大化信源信息在窃听者处的不确定性。同时,无线网络中的耗能问题也日益突出。无线能量收集被广泛认为是一种可以通过提供稳定的能量来源来延长网络寿命的新技术。在无线能量收集系统中,射频信号是能量收集装置的能量来源,它可以同时携带有用信息以及能量进行传输。因此,无线携能信息技术进入了大众的视野。但非常值得注意的是,一些能量收集装置有可能并不仅仅收集能量,也有可能被恶意篡改为窃听者,从而窃取网络中的通信数据。这样的恶意窃听行为也为无线携能系统带来了新的挑战。在上述背景下,本文从物理层安全角度出发,研究了多天线系统中的物理层安全技术问题。针对实际中不同的通信场景,本文也对应提出了利用多天线技术的安全通信方案。以下是本文主要的创新点以及贡献:1)本文首先研究了两用户多天线干扰网络中的通信安全问题。在该网络中,能量收集装置存在主动窃听信源信息的风险,对此,本文研究了一种可以在保证安全和速率约束的同时,最大化能量收集的波束成形以及人工噪声的联合设计,并将原始的非凸优化问题转换为一个两步求解过程。为了降低算法的复杂度,本文也提出了一种基于零空间技术的安全方案。2)在多天线的译码转发中继网络中,本文实现了在保证非机密用户服务质量的同时,最大化安全用户的安全速率。对此,本文针对波束成形以及功率分配方案进行了联合优化设计。另外,也研究了在满足安全速率阈值约束以及非机密用户服务质量约束情况下的系统发送功率最小化问题。为了解决所引出的非凸问题,本文设计了一个有效的迭代算法。3)基于译码转发中继网络,考虑更加实际的场景,即窃听者信道状态信息并不完美已知。对此,通过设计一个鲁棒性波束成形及功率分配方案,实现了安全速率的最大化。本文分别对信道矩阵误差以及信道矩阵协方差误差模型进行了研究讨论,并在这两种模型中均实现了安全速率最大化的目标,同时也满足了功率约束以及非机密用户的服务质量约束。4)在多窃听者的译码转发中继窃听网络中,本文首先研究了全局信道状态信息不完美时,椭圆域误差模型中的通信安全问题,并通过设计鲁棒性波束成形方案,实现了最差情况安全速率的最大化。另外,针对窃听者信道误差服从高斯分布的情况,本文也进行了鲁棒性方案设计。该方案构成了一个难以求解的非凸问题,对此,通过一个基于半定松弛的迭代算法可以使其得以有效解决。