无线通信由于广播特性而面临着严重的安全威胁。物理层安全技术通过探索物理层传输介质的随机特性并使用合适的编码和信号处理技术，能够保证目的节点以较低的计算复杂度对接收信号进行解码获取保密信息，而窃听节点无法解码任何保密信息。随着5G及空天地一体化通信网络的快速发展，主窃信道之间存在相关性的情形是不可避免的。主窃信道之间的相关性会减小目的节点和窃听节点处接收信号的质量差异，这无疑会造成通信系统保密性能的下降。而现有的波束成形和合作干扰方案几乎都基于主窃信道相互独立的前提，该前提的局限性会导致在相关主窃信道的情形下无法获得足够理想的保密性能。
　　本文重点研究了相关主窃信道下人工噪声(Artificial Noise，AN)辅助的波束成形和合作干扰技术，并对合法信道状态信息（Legitimate Channel State Information，LCSI）完整和不完整两种情况进行了不同的探讨，旨在减少主窃信道之间相关性造成的保密损失，获得比现有AN辅助的波束成形和合作干扰方案更好的保密性能，以应对无线通信网络中存在的安全威胁。
　　为了加强相关主窃信道的保密性能，本文建立了相关主窃信道模型并对其进行了理论分析，这是进行相关主窃信道波束成形和合作干扰方法研究的基础和前提。首先，通过单天线下的相关主窃信道的功率联合概率密度函数，推导出了相关主窃信道模型的数学关系式。然后，基于该相关主窃信道模型，建立了简洁、实用、能够准确描述多天线下的相关主窃信道模型的数学关系式，包括LCSI完整时和LCSI不完整时的相关多输入单输出（Multiple Input Single Output，MISO）窃听信道模型，LCSI完整时和LCSI不完整时的相关MISO窃听信道下的合作干扰模型。接着，以级数形式近似地或以闭合形式准确地给出了多天线相关主窃信道模型下目的节点和窃听节点处信干噪比（Signal-to-Interference-plus-Noise-Ratio，SINR）的累计概率密度函数。
　　针对LCSI完整时的相关MISO窃听信道，本文提出了基于相关性的以保密速率最大化为目标的AN辅助的波束成形方法。首先，根据LCSI完整时的相关MISO窃听信道模型，考虑了一个用以最大化在保密中断概率限制下保密速率的优化问题。然后，设计了一个基于相关性的波束成形方案，用以最大化在保密中断概率限制下的保密速率。由于该优化问题非凸且不具有其概率限制条件的闭合表达式，因此分别采用范数边界法和伯恩不等式法将其概率限制条件近似保守地转化成确定的形式，进而将该优化问题转化为一个凸优化问题并获得了波束成形矢量和AN协方差的一组近似解。接着，推导出了在保密中断概率限制下保密速率的级数形式近似表达式。另外，该研究也被拓展到窃听节点配有多根天线的情况。
　　针对LCSI完整时采用合作干扰的相关MISO窃听信道，本文提出了基于相关性的以保密速率最大化为目标的合作干扰方法。首先，根据LCSI完整时的相关MISO窃听信道下的合作干扰模型，考虑了一个用以最大化在保密中断概率限制下保密速率的优化问题。为了处理该优化问题，仍然采用范数边界法和伯恩不等式法将其概率限制条件近似保守地转化成确定的形式，进而求出了优化问题波束成形矢量和AN协方差的一组近似解。接着，推导出了在保密中断概率限制下保密速率的级数形式近似表达式。另外，该研究也被拓展到窃听节点配有多根天线的情况。
　　针对LCSI不完整时的相关MISO窃听信道，本文提出了基于相关性的在信干噪比中断概率（SINR-Outage-Probability，SINR-OP）限制下具有鲁棒性的AN辅助的波束成形方法。首先，将波束成形方法的研究从LCSI完整时的相关MISO窃听信道模型拓展到不完整LCSI情况。由于主窃信道之间的相关性会造成一定的保密损失，通信系统可实现的保密速率不够高。为了满足一些高通信速率需求而保密性要求略低的应用，本文提出使用SINR-OP作为合法节点和窃听节点的限制条件，并建立了在SINR-OP限制下的优化问题。通过分别采用范数边界法和伯恩不等式法将优化问题的概率限制条件近似保守地转化成确定的形式，求出了优化问题波束成形矢量和AN协方差的一组近似解。
　　针对LCSI不完整时采用合作干扰的相关MISO窃听信道，本文提出了基于相关性的在SINR-OP限制下具有鲁棒性的合作干扰方法。首先，本文将合作干扰方法的研究从LCSI完整时的相关MISO窃听信道下的合作干扰模型拓展到不完整LCSI情况。然后，形成在SINR-OP限制下的优化问题。通过分别采用范数边界法和伯恩不等式法将优化问题的概率限制条件近似保守地转化成确定的形式，求出了优化问题波束成形矢量和AN协方差的一组近似解。
　　本文的研究内容证实了基于相关性的AN辅助的波束成形和合作干扰方法能够在一定条件下提高相关主窃信道的保密性能。