认知协作通信技术在提高无线频谱资源利用率的同时,可以有效改善无线通信质量。然而,相关研究发现认知协作通信网络中存在大量的非法通讯行为,如恶意攻击、恶意窃听和数据伪造等。这些非法行为不仅给人们日常生活和社会稳定造成巨大威胁,还给社会造成巨额经济损失。因此,提高无线传输的安全性成为认知协作通信中一个新的关键技术课题,需要引起更多的研究关注。本学位论文深入研究了认知协作通信网络场景下无线传输的安全问题,利用物理层安全技术来提高无线传输的安全性能,主要包括:针对单向解码转发中继通信场景中存在的窃听行为,研究如何提高无线传输的安全性能;针对双向解码转发中继通信场景中存在的窃听行为,研究如何提高无线传输的窃听概率与中断概率性能;针对非理想CSI时单向解码转发中继通信场景中存在的窃听行为,研究如何提高无线传输的安全性能;存在主用户频谱占用情况检测错误时,针对单向放大转发中继通信场景中存在的窃听行为,研究如何提高认知协作网络防窃听的能力。论文的主要研究成果如下:1.针对单向解码转发中继通信场景中存在的窃听行为,提出了一种面向安全速率最大化目标的中继选择方案。该方案从多个中继节点中选出安全速率最大的中继节点,被选择的中继节点会被用于将接收到的信息转发给目的节点。考虑到可能存在多个能成功译码源节点所传输信息的中继节点,进一步提出了一种多中继选择方案。在此方案中,能成功译码源节点所传输信息的中继节点会被全部用于将译码后的信息转发给目的节点。此外,在瑞利衰落信道环境下,分别分析了所提两种方案的零安全容量概率。为了利用传统最大最小中继选择方案与所提两种方案进行性能对比,也分析了该方案的零安全容量概率。分析结果表明,所提两种方案比传统最大最小中继选择方案更有效地对抗窃听节点的恶意窃听。此外,中继节点数目增加时,所提两种方案的零安全容量概率都随之显著降低。2.针对双向解码转发中继通信场景中存在的窃听行为,提出了一种以人工噪声信号为辅助的双向中继选择方案。在所提方案中,源节点被灵活用于传输人工噪声信号,以干扰窃听节点恶意窃听。具体来说,一个源节点在传输信息给中继节点时,另外一个源节点会同时传输人工噪声信号。此外,在瑞利衰落信道环境下,分析了所提方案的窃听概率和中断概率性能。分析结果表明,窃听概率会随着中断概率的降低而增加。与此相反,当中断概率增加时,窃听概率会随之降低。给定中断概率时,所提方案能获得较低的窃听概率。此外,在主信道平均增益与窃听信道平均增益比较低时,所提方案也能够确保认知协作通信网络上无线传输的信息安全。3.针对非理想CSI时单向解码转发中继通信场景中存在的窃听行为,提出了一种结合信道估计误差的中继选择方案。此方案会从多个中继节点中选择瞬时信道容量最大的中继节点,并将被选择的中继节点用于将接收到的源节点信息转发给目的节点。在瑞利衰落信道环境下,为了利用传统直传方案与所提方案进行性能比较,同时分析了所提方案和直传方案的中断概率和窃听概率性能。分析结果表明,无线传输的中断概率要求降低时,窃听概率会随之增加;无线传输的中断概率要求提高时,窃听概率会随之降低。此外给定中断概率时,所提方案能比直传方案取得更低的窃听概率。4.存在主用户频谱占用情况检测错误时,针对单向放大转发中继通信场景中存在的窃听行为,提出了一种基于全局信道状态信息的中继选择方案。在所提方案中,主信道容量与窃听信道容量差最大的中继节点将会被选择用于将接收到的信息转发给目的节点。该方案不仅考虑了主信道的瞬时CSI,还包含了窃听信道的瞬时CSI。考虑到窃听信道的瞬时CSI不容易被获得,进一步提出了基于局部信道状态信息的中继选择方案。此方案只包含了主信道的瞬时CSI。在瑞利衰落信道环境下,分别分析了所提两种方案的零安全容量概率。为了利用传统轮询调度方案进行性能比较,也分析了该方案的零安全容量概率。分析结果表明,所提两种方案都能比传统轮询调度方案更有效地提高无线传输的安全性能。