无线通信技术给人类社会带来了巨大的便捷性,逐渐成为人们日常生活不可或缺的重要部分。然而,无线通信技术的发展也带来了诸多新的挑战:一方面,随着网上银行和移动支付等无线业务的兴起,无线通信系统的安全问题日趋严重,如何提供安全可靠的无线服务成为未来无线通信系统发展亟待解决的关键挑战。另一方面,无线通信技术同样可以被罪犯或恐怖分子利用,为实施犯罪、暴力等威胁社会公众安全的恐怖行动提供便利。因此,如何有效地对可疑通信进行监控变得至关重要。在此背景下,本文针对无线供电安全通信系统和合法监听通信系统开展了深入系统地研究。首先,为了解决保密通信系统的供能问题,提出了在网络中部署固定能量站的新思路,并深入系统地分析了无线供电通信系统的物理层安全性能。具体地,针对最大比传输策略和发送天线选择策略的多天线信息传输方案,推导获得了不同策略下系统的保密中断概率性能和遍历保密容量性能解析表达式,由此揭示了系统关键参数影响系统保密性能的机理。结果表明能量站的引入不影响通信系统的保密分集增益和高信噪比斜率,但增加能量站的发射功率可以增大保密阵列增益,减小高信噪比功率补偿,进而提升通信系统的保密性能。其次,为充分挖掘能量站的潜能,提出了利用能量站发射人工噪声的思想,通过对非法窃听者进行人为干扰,来进一步提升通信系统的保密性能。具体地,提出了五种不同的干扰策略,并推导了不同策略下系统的保密中断概率性能解析表达式,进而比较了不同策略的性能优劣,为实际的系统设计提供了理论依据。结果表明在忽略非法窃听节点端噪声的场景下,能量站的干扰信号影响了通信系统的保密分集增益,同时能量站配置的多天线数目对不同策略下系统的保密性能产生了不同的影响。再次,针对合法监听系统,提出了基于多天线全双工技术的解决方案。具体地,根据合法监听节点不同的天线配置情况,设计了四种最优合法监听方案,通过优化合法监听节点的干扰发射功率、发射波束和接收波束,实现了系统监听非中断概率的最大化。同时,提出了三种低复杂度次优合法监听方案,并推导了不同方案下系统的监听非中断概率性能解析表达式,由此揭示了系统关键参数对监听性能的影响。结果表明利用多天线可以显著地提升通信系统的监听性能,同时最优监听方案的性能比次优方案表现更佳。最后,针对两跳可疑通信场景,设计了高效的合法监听方案。具体地,根据合法监听节点扮演的角色情况,设计了两种最优合法监听方案,通过优化干扰发射波束和干扰发射功率,最大化了系统的有效监听速率,为未来无线合法监听通信系统的设计提供了重要参考。结果表明最优策略下系统的监听性能总是优于其他基准策略。