物理层安全有望成为一种新的信息保密手段,与现代密码学结合,两者携手实现从底层到上层全方位的信息保密。物理层安全研究的整体思路是“利用信号处理技术提高窃听方信道译码的难度,进一步利用Wyner编码(物理层安全编码)将窃听方残留的译码能力归零”。在信号处理技术层面,基于零空间的人工噪声技术(Artificial Noise based on Nullspaces,ANN)在不干扰主信道用户的基础上发射人工噪声干扰窃听用户以提高保密容量。但是,为了产生零空间,ANN技术需要发射天线数目大于合法接收端天线数目这个限制条件,且该技术并有没对人工噪声的维度进行优化,因此ANN所获得的保密容量并不高。在Wyner编码层面,由于第五代移动网络(The 5th Generation Mobile Networks,5G)网络的高动态特点使得无线信道快速变化,因此采取固定的Wyner码率进行传输会导致低效的传输效率或者频繁的保密中断。为了解决上述问题,本文设计了一种基于统计优化的人工噪声技术,然后将该人工噪声技术用于5G移动边际计算(Mobile Edge Computing,MEC)服务的安全通信,并配置自适应Wyner编码技术进行数据的安全上传和计算结果的安全下载。基于信道Wishart矩阵特征空间的人工噪声技术(Artificial Noise based on Eigenspaces of Wishart Matrices of Channels,ANEW):选择第一到第s1个关于信道的Wishart矩阵最大特征值的特征空间作为信息发射空间,利用剩余的{Nt-s1}个空间发射噪声(Nt是发射天线数目)。因此,发射人工噪声的空间不再局限于零空间,部分原本用作发射信息流的Wishart矩阵特征空间也可能被征用发射人工噪声。根据前s1个无相关性的中心Wishart矩阵的特征值的边际概率分布函数(Marginal Probability Distribution Functions,m PDF),推导出ANEW技术在无相关的多输入输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)Rayleigh衰落信道中的遍历保密速率,该遍历保密速率是关于s1的函数。通过在自然数空间里优化维度参数s1可以最大遍历保密速率。仿真显示ANEW对比ANN技术具有较高遍历保密速率。接收天线相关的MIMO Rayleigh衰落环境中ANEW技术:接收端(包括窃听端)的天线局具有相关性衰落的情况常常出现在接收天线间隔受限或者接收天线周围散射体不充分的情况。由于ANEW的本质是统计优化,其核心在于遍历保密速率这个目标函数,所以本研究首先研究具有列相关性的复Gaussian随机矩阵和Wishart矩阵的数学特性,从而推导出ANEW技术在接收天线相关的MIMO Rayleigh衰落信道中的遍历保密速率函数。同样进行维度s1的优化最大化遍历保密速率。同时,分析相关性参数如到达角(Angles of Arrival,Ao A)参数和天线之间的距离对ANEW的遍历保密速率的影响。仿真同样显示ANEW对比ANN具有较高遍历保密速率,同时揭示窃听端的天线相关性衰落会提高遍历保密速率。基于ANEW的安全传输在MEC服务中的应用:MEC计算卸载方案能有效地降低用户的计算延迟。同时,基于ANEW的物理层安全技术可确保卸载和反馈过程中的信息保密性。现有的MEC计算卸载方案中任务分配没有考虑时变信道对上行和下行保密速率带来的影响。因此,分配本地任务和MEC任务的比例往往不合理。本文利用ANEW的遍历保密速率代替系统初始化时刻采集的保密速率作为指标分配计算任务,可以全局考虑系统在时变信道的平均保密速率。另一方面,数据包通过Wyner编码进行传输的过程往往历经信道的多个畸变。为克服信道时变的影响,本文利用有效保密速率的概念进行Wyner码率优化调整,在保密中断约束条件下提高有效保密速率。另外,考虑到单天线用户难以生成人工噪声。本文提出基于微蜂窝基站(Small Cell Station,SBS)的协作式干扰方案用于上行链路保护。相较于当前根据系统初始化时刻的瞬时保密速率进行分配计算任务的方案,仿真显示采用遍历保密速率作为指标分配计算任务的方式可以为用户计算任务带来更低的延迟。