时至今日,随着移动终端大规模的推广普及和各种无线多媒体业务形态的持续拓展,信息通信产业在飞速发展的同时,进展缓慢的电池技术已经无法满足无线网络中能量受限设备迫切的能量需求。基于无线信息和能量同时传输(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)的无线携能通信技术的出现为解决能量受限设备的供能问题开辟了新的方向。SWIPT突破了传统无线通信只传播信息的技术局限性,将无线能量传输技术与传统通信技术相结合,促使无线网络在信息传输的同时为能量受限的移动设备提供稳定、可靠的能量。但是其开放的无线广播信道导致传输信息极易被非法设备拦截和监听,难以确保合法信息接收者的隐私安全。本文以分析SWIPT系统的安全性为切入点,基于协作技术设计了适应于不同SWIPT通信场景的物理层安全传输方案,主要贡献如下:首先,针对窃听信道条件下SWIPT多中继系统中的资源分配问题,结合放大转发和协作干扰方法,分别研究了以静态功率分配和动态功率分配机制为基础的物理层安全传输方案。考虑到高维多目标模型求解困难的问题,利用合法接收者和非法窃听者信道的差异性,提出了两种基于迫零预编码的中继协作算法。该算法将待优化的目标矢量投射到接收者或窃听者信道的零空间,从而简化了复杂的模型,降低了求解问题的运算量。实验分析结果显示两种算法能够以较低的运算复杂度提供接近最优系统性能上界的保密速率。其次,考虑到在某些实际应用场景中,相异的工程目标要求算法具有灵活性,如何依据工程需求在保密速率和运算复杂度之间进行合理的取舍和权衡是算法必须处理的问题。论文针对窃听信道条件下SWIPT多中继系统中的性能权衡问题,利用非法窃听者信道的先验信息,在前述迫零预编码协作算法的基础上,提出一种基于折衷权重的改进协作算法。该算法依据折衷权重,将窃听者分为强、弱两个子集,并采用迫零预编码方法规避强窃听者和协作干扰方法抑制弱窃听者。仿真研究表明折衷权重的选取直接影响算法的可达保密速率和运行时间,通过调节折衷权重的大小程度能够实现可控的系统性能,这明显更适应于实际工程应用场景。最后,针对窃听信道条件下SWIPT多用户系统中的远近效应问题,结合人工噪声和非正交多址接入技术,借鉴中继协作思想提出了一种基于用户协作的物理层安全传输方案。与现有其他方案相比,该方案充分考虑了远近用户之间的协作效应。小区中心用户在维护自身通信质量的同时作为能量收集中继协助小区边缘用户改善通信质量,在远近用户保密速率阈值的约束条件下最优化基站的发射功率。结果分析表明所提方案能够有效均衡多用户系统中的远近效应,降低基站能耗。