随着全球信息技术革命浪潮的推动,无线通信技术得到了飞速的发展和广泛应用,极大地便利了人们的日常生活,提高了社会生产力和生产效率。然而,当前无线通信的发展也面临着更高的技术要求,尤其在应对各类突发事件方面,而如何更加积极有效地解决此类突发事件成为了现有通信技术的一大挑战。无人机(Unmanned Aerial Vehicles,UAV)具备高机动性、低成本、可重复使用、零伤亡、快速部署配置等优点,因此备受大众青睐。UAV系统不仅可以作为信息传输和获取的技术手段,更可以利用其较高的自主性与灵活性,对突发事件场所进行信息采集和即时监测。因此,UAV系统与无线通信技术的结合,成为了新型通信技术中的研究热点。物理层安全技术能够有效解决高速移动和复杂分布式环境给移动用户带来的信息安全传输问题,改善无线通信系统的保密性能。自由光(Free Space Optical,FSO)通信技术可以有效解决频谱危机、高能耗以及信息安全性等问题,此外,将FSO技术的优势与射频(Radio Frequency,RF)无线通信技术的强稳定性相结合,能够有效解决通信部署中遇到的链路问题。从实际考虑,UAV的续航时间可能为高空紧急补充网络带来了中断的风险,能量收集技术的引入可以为UAV补充飞行过程中消耗的电能损耗,实现节能通信。因此,本论文从UAV辅助协作的角度,主要围绕物理层安全、FSO/RF以及能量收集技术,对无线通信系统进行性能相关研究,主要研究内容如下:本论文研究了基于UAV辅助的空中基站(Aerial Base Stations,ABS)物理层安全系统。根据视距(Line-of-Sight,Lo S)与非视距(Non-Line-of-Sight,NLo S)情况,结合莱斯衰落和瑞利衰落对系统环境中的无线信道进行建模,采用放大转发(Amplify-and-Forward,AF)协议,综合考虑UAV与地面中继的距离,路径损耗等因素,对系统的三项性能指标即安全中断概率(Secrecy Outage Probability,SOP)、严格非零安全容量(Strictly Positive Secrecy Capacity,SPSC)以及平均安全容量(Average Secrecy Capacity,ASC)进行详细的分析与仿真。本论文还研究了基于UAV为空中中继(Aerial Relay,AR)的双跳FSO/RF能量收集系统,在中继端采用解码转发(Decode-and-Forward,DF)协议的方案,研究整个系统的中断性能。具体而言,设计一种以FSO特性传输为突破口的新型光能量收集装置,将本该被过滤掉的直流(Direct Current,DC)分量通过光能量收集装置重新收集起来,提升UAV在异构网络中的能量利用率。此外,通过双变量Fox-H函数推导出整个系统的中断概率(Outage Probability)精确解析表达式,并对表达式中的不同参数进行了一系列仿真分析。