目前,为了提高频谱利用率,基于全双工(Full-Duplex,FD)多天线的认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术备受关注。同时,为了解决认知网络中能量受限设备的供电问题,无线信息与能量同时传输(SWIPT)技术被广泛采用。然而,以往SWIPT的研究是通过抑制自干扰(Self-Interference,SI)来提高频谱利用率,忽略了自干扰在提高能量效率方面的积极作用。因此,在认知无线电网络中利用SWIPT技术对自干扰进行能量收集具有现实意义。此外,由于能量接收端具有较高的功率敏感性,会增加信息泄露的可能性,因此在自干扰收集的基础上研究物理层安全问题变得尤为重要。本论文搭建了基于全双工多天线的新型认知无线电网络,并通过SWIPT技术对自干扰进行能量收集;同时考虑了收发机能量接收端作为窃听者的情况,对物理层安全传输问题展开研究。首先,针对自干扰抑制问题,搭建了全双工中继协作下的认知MIMO网络,通过SWIPT技术进行自干扰的能量收集。研究了系统能量效率最大化问题,在满足中继发送功率限制等约束条件下,对传输信号协方差和功率分割因子进行联合优化。利用半定松弛(SDR)算法将系统优化问题转化成凸优化问题,并结合注水功率算法分析得到最优解。仿真结果表明:所提方案在保证系统频谱效率的同时,能量效率还可提高13.9%。其次,在自干扰收集的基础上对物理层安全展开研究。搭建了基于全双工MIMO的认知网络,考虑了自干扰收集对物理层安全的影响,研究了安全能量效率最大化问题。并在能量收集、安全速率和次用户发送功率等约束条件下对传输信号协方差和功率分割因子进行联合优化。采用迭代算法推导出传输协方差的闭式表达式,并利用贪婪算法求得最优功率分配。仿真结果表明,当次用户发送功率低于12dBm时,所提方案在保证安全速率的同时,安全能量效率还可提高21%,并随着次用户发送功率的提高而逐渐增大。