当代人们的日常生活和交流无时不刻都与无线通信紧密相关,在巨大军用民用市场需求下,无线通信技术得到了长足且深切的发展。近几年,随着5G技术的发展与试点,更加促使无线通信技术的普及更新。同时,无线通信也是很多时兴科技和工程中不可或缺的重要环节,如物联网、无人驾驶、智能家居、智慧城市等。随着万物互联、万物互通愿景的推进与实现,无线网络中的节点数量和种类呈现爆炸式增长,如何提升无线通信系统中信息传输的安全性、保证系统高效可靠运行成为一大研究难点与热点。物理层安全技术能够直接利用无线信道的随机特性提高无线通信系统的安全传输性能,被广泛认可为一个补充和替代传统秘钥加密体系的新兴技术。人工噪声加扰技术能够在物理层增强无线通信系统的安全传输性能,是一种极具潜力的安全传输技术。本文对人工噪声加扰技术在无线传输系统中的应用进行了详尽的探索和分析,具体研究了三个应用场景:人工噪声在全双工多天线目的端加扰系统中的应用、人工噪声预编码技术在全双工中继无线传输系统中的应用和人工噪声加扰技术在无人机通信系统中的应用。考虑了两种常见的信道模型,即Rayleigh衰落信道和Nakagami-m衰落信道。探究了两种窃听信道状态信息和一种不完美合法信道状态信息对特定系统性能的影响。推导了遍历可达安全速率、安全中断概率的相关数学表达式。给出了一种灵活的系统性能闭合表达式近似方法——高斯拉盖尔正交法。设计了优化系统可达安全速率的两步走联合优化方案,并给出了具有普适性的最优功率分配因子闭合表达式和最优收发天线切换方案。分析了大规模天线系统性能和几种极端情况下系统渐近性能表现。最后,蒙特卡洛仿真验证了性能分析和指标优化的正确性和有效性。研究结果表明:通过安全性能分析,人工噪声加扰技术是一种行之有效的物理层安全方案,适用场景丰富。通过合理的系统优化设计,可大幅度提升人工噪声加扰技术在无线通信系统中的性能表现。