近年来,无线通信系统及其所提供的服务已成为现代社会的重要组成部分,但无线网络因其固有的广播特性而易受非法方的攻击。无线网络中使用的传统加密技术主要集中于协议栈的高层,但随着计算机运算能力的发展这种安全机制开始面临挑战。物理层安全（Physical Layer Security,PLS）技术以信息论安全理论为基础,且其安全性不受非法方运算能力的影响。基于此,本文针对无线信道的特点研究了物理层安全机制,主要工作如下:论文分析了基于无线信道特性的密钥生成机制的一般流程,主要包括信道探测、量化、密钥协商和保密增强四个步骤,并针对三种评估指标:不一致率,随机性和生成速率进行了深入研究。论文首先参考相关文献研究了时分双工（Time Division Duplexing,TDD）系统中密钥容量的推导,然后将其扩展到采用双向探测的频分双工（Frequency Division Duplexing,FDD）系统,推导出此时密钥容量的理论表达式。分析和仿真证明,基于FDD制式的密钥生成与TDD制式相比,其在探测过程中经历了两次信道,获取的密钥容量更大。基于理论分析,密钥的随机性来自信道,在慢变信道中密钥生成速率较低。因此论文研究了基于随机扰动的密钥生成速率提升技术,并针对随机扰动会导致协商量增加的问题,提出了基于混沌伪随机序列的密钥生成速率提升算法。该算法利用混沌映射对初值敏感的特点,将协商后的密钥作为混沌映射的初值,通过迭代生成足够的伪随机序列作为最终密钥串。针对密钥生成的量化环节,论文深入分析和讨论了多种具有代表性的算法,从有效性、复杂度和交互信息等角度对算法进行了评估。数字分析和仿真结果证明,相比其他量化算法,等概量化获得的比特串随机性强,且不需要牺牲生成速率和额外的信令传输,简单实用。论文参考TDD制式下理论密钥不一致率的推导,推广到FDD制式下,分析推导出多比特量化后理论密钥不一致率的闭式表达式,从公式可以看出增大保护间隔或减小量化阶数可有效降低密钥不一致率,数字仿真结果也验证了该结论的正确性。针对密钥生成的协商环节,论文研究了利用二分法查找纠错的Cascade协商算法,并仿真了该算法协商后的密钥不一致率和协商过程中需要交互的信息量,数字仿真结果表明,Cascade算法在低信噪比下也有良好的纠错性能,但是需要大量的信息交互。针对Cascade算法交互信息量较大的问题,论文深入研究了基于纠错码的协商算法,该类算法利用码字本身的纠错能力进行错误比特的纠正,需要交互的信息量更少,更易于实现。论文还进一步仿真对比了以汉明码、重复码和LDPC码为代表的纠错码协商算法,从复杂度和性能折衷的角度选择了重复码作为系统方案。论文结合前期的研究,设计了密钥生成系统的最终方案。论文选择了基于FDD制式的双向探测、基于改进小波变换的噪声抑制算法、等概量化、基于重复码的密钥协商,以及基于伪随机序列的密钥生成速率提升算法,联合形成了最终方案,并利用数字仿真和半实物平台对所提方案的性能进行了评估。最后论文回顾了全篇的工作,并对下一步的研究重点进行了总结。