无线通信是当今发展最快、应用最广的通信技术之一。然而,无线信道的开放特性和广播特性使无线通信面临严峻的安全问题。传统的加密机制在计算机计算能力大幅提高的情况下,己经不再绝对安全。基于无线信道的物理层密钥方案是解决无线通信安全问题的一个新的思路,它可以利用无线信道的互易性、时变性和唯一性等特点,实时动态地生成密钥,实现“一次一密”的加密体制。本文对时变信道场景下的物理层密钥方案进行研究,主要研究内容如下:(1)介绍总结了基于无线信道特征的物理层密钥生成方案,从信道特征估计、初始密钥生成和密钥协商三个环节研究了密钥生成的具体流程;分析了时变信道的衰落特性并介绍了常用的数学模型,指出了在时变信道下物理层密钥生成技术中的难点。(2)阐述了时变信道中多径效应和多普勒频移所带来的影响,分析了传统的信道估计方法的不足。在此背景下,论文研究了基于基扩展模型的信道估计方法,并对基于离散卡洛基扩展模型作出了改进,改进的模型可以随着移动端速度的改变而调节模型的阶数,因此可以获得更准确的信道估计,为密钥的生成提供更可靠的密钥源。(3)研究了基于隔离带的密钥生成技术,并改进了固定相位隔离带的密钥生成方案。改进的方案可以根据估计信道冲激响应幅值的大小而合理地调整相位隔离带区域,从而保留更多可靠的信道估计值。仿真结果表明,该方案所生成的密钥不仅可以有较高的密钥生成率和较多的密钥比特数,同时也可以克服多普勒频移带来的影响。