长久以来，在同一个无线物理信道上进行异步的双向通信被认为是无法实现的，因为同一接收端的有效信号往往会为其自身强烈的发射信号所湮没。然而，随着现代数字与模拟信号自干扰消除技术的演进，无线全双工技术在2010年前后取得了突破性的进展。目前最新的试验成果已经能够实现多入多出（MIMO）系统进行同时同频的收发通信，并且其自残留干扰可以被抑制于白噪声级的水平。此项技术对于无线通信无疑具有里程碑式的意义，协议设计将因此而产生巨大变革。除了可以提高频谱效率、倍增通信容量之外，无线全双工技术也可以被用于发送人工噪声以扰乱潜在的窃听结点，从而增强系统的通信安全性能。　　人工噪声方法是一种基于物理层安全的解决方案。经典的人工噪声模型由发送端在发送有效信号的同时附带干扰噪声，其基本思想是利用多入多出系统的维度特性，将人工噪声注入至主信道的零空间中。如此，既保证了主信道的正常通信又能达到扰乱窃听的效果。其安全性能通常以物理层安全理论中的“可达安全速率”加以衡量，并作为发送信号优化设计的参考依据。　　本文将提出一种“双极人工噪声”模型，其中接收结点运作于全双工模式，其在接收正常信号的同时与发送方一并发送人工噪声，从而进一步提升多入多出窃听信道的安全性能。此种安全配置对于保护接收者的近场区域通信将有显著效果，同时在密钥传输、军队自组网络等安全性要求比较高的场合具有一定的应用价值。通过对于全双工结点的建模，本文详细研究了无线全双工技术在物理层安全通信中的应用与优化设计，具体如下：　　1）本文首先研究了所有结点均为多天线配置的场景下，采用经典人工噪声方法，收发双方信号的最优设计。从结果可以发现，为了达到最优的安全速率，接收方只需要分配一部分而非全部的信号维度用以接收有效信息。为了充分利用这些剩余的维度资源，本文提出了“双极人工噪声”的理论模型。　　2）针对现有无线全双工系统的实现，对全双工自干扰信道进行了多种形式的理论建模。其中包括：自干扰模型、天线分离模型以及信噪比损失模型等。　　3）在窃听信道信息完全已知、全双工信道采用自干扰模型的场景下，通过双极波束成形，推导出“双极人工噪声”模型的可达安全速率。进而对双边的信号进行功率分配以得出安全速率的极大值，并与多入多出窃听信道的理论安全容量进行对比。　　4）在窃听信道信息分布已知、主信道为静态信道并且全双工信道采用天线分离模型的场景下，应用随机矩阵理论计算“双极人工噪声”模型的遍历安全速率。通过对收发双方功率与天线资源的联合优化，求得遍历安全速率的极大值，并对之进行离线概率验证。　　5）在窃听信道信息完全未知、主信道为时变信道并且全双工信道采用信噪比损失模型的场景下，通过需求驱动式的分析方法研究“双极人工噪声”模型。其中，系统的资源首先满足给定的主信道速率，随后将剩余的功率与空间维度资源划拨于人工噪声，并通过离线概率遴选出最优的通信配置参数。　　文章最终总结了各种场景下的收发信号设计方法，以及采用无线全双工技术对于物理层安全所能达到的性能提升，并对该领域可能的研究方向加以展望。