急剧增长的移动业务需求促使着高速、可靠、安全的无线通信技术不断进步,而频谱资源稀缺、利用率低及无线链路低可靠、易窃听等问题却束缚着其发展。结合认知无线电与协作通信的认知中继网络(Cognitive Relay Networks,CRN),在获得更多分集增益的同时提高无线电频谱资源的利用率,是近些年通信领域的热门研究之一。而通信规模的扩大也带来了更加严峻的安全威胁,计算能力的增长正逐渐放大当前基于加密理论的安全机制的缺陷,一种基于信息论的绝对安全技术——物理层安全(PHY-Security)技术引起广大研究人员的兴趣。本论文研究了物理层安全技术在CRN中的应用,不同于通常以安全容量、安全中断概率、安全误码率等作为安全性能度量,本文从信噪比/信号与干扰加噪声比(SINR)角度进行分析。这里以实现信息的安全传输及不影响主用户通信质量为前提,次用户中继簇对接收的信号进行波束成形加权,同时混淆发送一定空间形式的人工噪声。主要工作可概括为以下两部分:1.针对采用放大转发(AF)策略的CRN模型,考虑实际场景中次用户中继簇存在低负载与高负载两种情形,分别提出对应的优化目标:低负载情形,意味着中继簇可以提供足够多的总发射功率,这里以最大次接收节点的SINR为目标;而高负载时,目标是在满足接收节点SINR的最低需求下,尽可能少的使用系统的发射功率。对所描述的功率分配问题都通过半定松弛(SDR)技术转换成一个等价的凸问题后求解,并对高负载情形下通过二分搜索法进一步优化性能。借助CVX工具包仿真验证了推导出的方案,中继簇无论处于何种负载,系统性能都得到显著改善;此外,通过复杂度分析表明方案均可在多项式时间求解,以及通过分析KKT条件证明了半定松弛的正确性。2.针对绿色通信背景下的CRN,引入同时同频全双工中继技术,提出一种实现高能量效率的安全传输方法。在考虑了自干扰消除率、中继转发平性基础上,去获取更多的系统能量效率和。分别考虑两种中继节点选择的转发策略:放大转发与译码转发(DF),次用户中继簇使用协作波束成形与人工噪声技术转发,通过结合SDR的爬山算法进行优化求解。最后,仿真结果与分析表明系统能量效率和都得到有效的提升;而且相对于DF,选择AF的情形能够获取明显更高的性能。