为给用户设备提供无缝覆盖、高传输速率、高可靠性,未来5G网络将朝向分层立体异构网络发展,以提高网络覆盖范围、减小盲区、增大网络容量。作为典型代表,双层异构网络基本涵盖了分层立体异构网络的所有技术与挑战,主要有:(1)严重的信号干扰;(2)实时信道增益的不确定性;(3)网络窃听风险。因此,本文考虑信道环境的多种不确定性,设计了无线异构网络鲁棒通信与信息安全传输方案,以适用于更复杂的5G通信环境。本文主要工作及创新点如下:(1)针对单用户单监听者的双层异构网络,在两种不确定信道环境下,提出以最大化安全速率为目标,同时约束用户通信质量的信息安全传输方案。其中一种为考虑能够获取信道状态信息(Channel State Information,简称CSI)可靠估计值的瞬时CSI场景;另一种为不能获取CSI可靠估计值的统计CSI场景,并认为其服从瑞利分布。采用机会约束方法对难以处理的非凸优化问题进行转换,给出最优解获取算法,实现了用户鲁棒通信与网络信息传输安全。(2)针对于多用户多监听者的双层异构网络,考虑瞬时CSI场景和服从指数分布的统计CSI场景,提出了保证用户鲁棒通信,同时激励Femtocell辅助宏蜂窝抑制信息窃听的可靠通信与安全传输方案。采用Bernstein近似法完成了原始优化问题的凸转换,并在统计CSI场景下拓宽了Bernstein近似法的适用范围,最后给出最优解的迭代算法,实现了复杂实际通信环境下的鲁棒通信与信息安全传输。(3)针对含有能量接收者的双层异构网络,考虑了服从截断高斯分布的统计CSI场景,提出了能量收集下的鲁棒通信与安全传输方案。建立此场景下的最大化安全速率、约束用户通信质量以及能量收集质量的优化问题,并采用机会约束方法完成问题的凸转换,最后给出最优解迭代算法。该方案改善了网络的通信环境,避免了能量的浪费,同时进一步提高了异构网络安全传输性能。