在过去的二十年中,无线通信技术得到了飞速发展。然而,由于无线通信的广播性质,其传输过程存在着安全性问题,即无线通信网络中的合法用户有被窃听用户窃取信息的风险,这严重威胁了无线通信网络的安全性。与此同时,随着近年来移动数据业务的急速增长,无线通信网络乃至整个通信行业所面临的能量消耗问题也愈加严重。而波束成形（Beamforming,BF）作为一种可定向发射或接收信号的信号处理技术,被认为是解决无线通信网络中安全与高能效传输问题的有效途径。因此,本文就无线通信网络中高能效安全传输技术展开研究,旨在通过设计发射端的波束成形向量,来分析和提高无线通信网络的安全性以及能量效率（Energy Efficiency,EE）。具体研究内容和主要贡献如下:1.针对认知网存在多个认知用户和窃听用户对的场景,且当认知网基站配备多天线及每个单天线认知用户周围都存在一个多天线窃听用户时,研究了基于安全性约束的认知无线电网络（Cognitive Radio Network,CRN）中所有认知用户能量效率最大化的问题,并提出了两层迭代算法来求解能效最大化问题的波束成形向量。由于原始优化问题是非凸问题且无法直接求解。首先将目标函数从原始分数形式转换为等效的减法形式,然后应用双凸函数差异（Difference of Two-Convex Functions,D.C.）方法将等效优化问题转换为近似凸优化问题。最后,通过数值仿真验证了所提出能效最大化方案的有效性。2.针对主网基站对认知网存在干扰以及认知网存在多个窃听用户的场景,研究了基于人工噪声的认知无线电网络中认知用户安全能效（Secrecy Energy Efficiency,SEE）最大化的问题,并给出了两层迭代算法来求解安全能效最大化问题的波束成形向量。首先,基于瞬时信道状态信息提出了一种安全能效最大化的波束成形方案。由于原始优化问题是非凸的,通过引入大于等于一的辅助变量,先将原始优化问题转换为仅有目标函数非凸的等效优化问题,然后将该等效优化问题转换为另一个等效的减法形式优化问题,再通过使用D.C.方法将其转化为近似凸问题。此外,在某些瞬时信道状态信息无法实时准确获知的情况下,提出了另一种基于统计信道状态信息的安全能效最大化波束成形方案。最后,通过数值仿真结果表明了所提出的两种安全能效最大化方案在SEE性能方面的优势,以及再统计信道状态信息下安全能效最大化方案的可行性。3.研究了基于非正交多址接入（Non-Orthogonal Multiple Access,NOMA）的认知无线电网络中安全能效最大化问题,并给出了两层迭代算法来计算相应的最佳波束成形向量。在所考虑的认知无线电网络中,两个主网用户为一组NOMA用户对,强用户为合法用户,弱用户为潜在的窃听用户。此外,为了进一步提升主网合法用户的安全性能,将认知网用户设定为工作在全双工模式,即认知网用户在接收来自主网和认知网信号的同时,自身也向主网两个用户发射人工噪声干扰信号。由于原始优化问题的目标函数是非凸的,首先将其转换为一个等效减法形式的优化问题,为了方便进一步处理,将优化变量由BF向量改为矩阵,并增加秩为一的约束;然后通过一阶泰勒展开式得到一个近似的凸优化问题。最后,通过数值仿真验证在认知无线电网络使用NOMA和全双工技术后对SEE性能的提升。4.研究了基于波束成形放大转发中继网络的安全性能,其中,信源和信宿均为多天线,中继节点为单天线,一个多天线窃听用户试图通过监听中继来窃取信源发往信宿的数据消息。这里假设所有通信链路都服从瑞利衰落,同时假设窃听用户接近信宿,并且由于距离远和遮挡物较多原因,不考虑信源和信宿之间以及信源和窃听之间的直接链路。首先,借助第二类修正贝塞尔函数和超几何函数推导出了中继通信网络的安全中断概率和平均安全速率的近似解析表达式。接着,为了进一步研究中继通信网络的分集增益和阵列增益,推导了在高主信道与窃听信道信噪比比值下安全中断概率和平均安全速率的渐近表达式。最后,通过数值仿真结果以验证理论安全分析的正确性以及天线数量对所考虑的中继网络安全性能的影响。