目前,无线通信技术应用越来越广泛,而某些无线设备在特定场景下无法频繁地更换电池或有效地连接到电网上,致使设备运行时间受限,通信服务质量下降,无线信息与能量同时传输(SWIPT)技术能够有效解决无线设备供电问题,其相关的信号处理技术作为新的研究方向备受关注。大规模天线技术能够利用丰富的空间自由度,提高系统的频谱利用率,并且具有较高的能源利用效率;然而,由于无线信道的开放性和衰落性,存在信息被窃听、无线设备收集能量效率较低等问题,因此,确保在收集一定能量的情况下提高系统的通信安全变得尤为重要。相比于传统的加密技术,大规模天线SWIPT系统利用其较高的空间分辨率和较强的防干扰特性实现了物理层信息安全传输和能量的高效收集。本研究在SWIPT多用户系统中采用大规模天线的波束成形技术,在保证收集能量的同时,提高了系统的物理层安全传输性能。首先,针对大规模线阵所对应的二维信道SWIPT系统的物理层安全问题展开研究。在大规模天线多用户场景下,本文分析了不完整信道状态信息下的SWIPT系统安全速率问题。考虑信道估计误差,利用人工噪声技术降低干扰,提出了一种鲁棒性波束成型方案,采用改进的粒子群算法来联合优化发射波束成形矢量、人工噪声协方差和功率分流比,实现保证收集一定能量条件下最大的物理层安全传输速率,仿真验证方案在物理层安全性能和能量收集方面的优势。其次,针对全维度多用户SWIPT系统的物理层安全问题展开研究。在多用户下行链路传输网络中,基站部署大规模平面天线阵列,利用使每个用户遍历传输速率最大化的最优三维波束成型方案,分析收集能量约束条件下的系统物理层安全传输速率问题。采用凸优化理论中的拉格朗日松弛优化算法联合优化基站发射功率以及接收端的功率分流比,得到基站发射功率以及接收端的功率分流比的最优闭合表达式,使得系统物理层安全速率最大。仿真结果显示采用三维波束成型传输方案能够有效提高系统的物理层安全性能。