当前,以5G为代表的无线通信技术正在加速与运输、医疗和能源等行业的融合,如无人驾驶汽车、医疗物联网以及无线携能通信。其中,可以将接收信号同时用于充能和信号处理的无线携能通信,因其在新一代能源革命背景下的广阔应用前景,正牢牢地吸引着人们的目光。但相比于纯信号处理或纯无线充能而言,无线携能通信的同时处理信号和能量无疑带来了处理过程的复杂化和处理设备的复杂化,究其原因是用于信号处理或能量充能的功率强度减弱,需要进行信号放大和低功耗适配等操作,但不同的操作又常依赖不同的配件。此外,与其它无线通信技术一样,无线携能通信同样存在干扰、安全和健康等问题。时间反演是一种能够利用时空聚焦性增强预定义目标信号强度的信号处理技术,并在无线通信的抗干扰、防窃听和医疗健康等方面有巨大的研究潜力。考虑无线携能通信中时间反演的引入,本文的主要工作内容为:第一,无线携能通信是一种能同时进行信息解码和能量收集的绿色通信技术,但传输时存在的接收信号较弱、收集能量较小以及天线相关等问题,会严重地限制速率-能量区的面积和理论值的精确性。为解决这些问题,提出了一种基于时间反演的无线携能通信传输方案。考虑一般的多输入单输出无线通信系统,所提方案将时间反演和克罗内克模型引入无线携能通信中,一方面用时间反演的时空聚焦性提高接收端的信号强度,另一方面用克罗内克模型对相关天线下的传输过程进行理论建模。蒙特卡罗的仿真结果验证了不同条件下理论值的精确性,并通过和其它传输方案的性能对比,证明该方案的速率-能量区面积更大,性能更优。第二,针对无线携能通信中的能量效率优化问题,考虑在满足一定通信服务质量和收集能量的条件下,通过一种基于时间反演的优化算法最大化系统的能量效率。首先,将时间反演引入无线携能通信中构建新型的传输方案,并分析能量效率的闭合表达式;其次,对问题进行规划和分析,发现该优化问题是一个二元分式非凸规划问题,需要进行数学变换将其转化为凸优化问题;最后,通过Dinkelbach算法和CVX得到问题的解。仿真结果表明,解码噪声功率、最大发射功率和信噪比增大时,优化后的能量效率也会增大,且在满足约束条件时,基于时间反演的优化算法能够明显增大能量效率,提升系统性能。第三,针对无线携能通信网络中的绿色安全通信问题,提出了一种基于时间反演的人工噪声绿色安全传输方案。在一般的窃听信道下,所提方案将时间反演引入基于人工噪声的无线携能通信中完成信道建模,并利用时间反演的时空聚焦性来降低发射功率,减少隐私信息泄露。此外,不同于已有的线性能量转化和窃听者判定模式,该方案考虑更贴近于现实的非线性能量转化,并以潜在窃听者的角度考虑能量收割器的无线充能行为。仿真结果表明,增大信干噪比、天线数量、天线发射功率、隐私信号功率和功率分割比能提高系统的隐私能量效率,而与其它传输方案的对比则验证了所提方案的绿色安全特性。