在无线通信技术研究中,安全问题始终是研究的重点和难点。由于无线通信的广播特性,导致通信用户缺少物理边界,无线信号极易被非法用户窃听、篡改或伪造。由于这些攻击主要存在于“信号层面”,传统安全机制不能很好的对其进行防御。与传统安全机制相比,物理层安全机制具有两方面优势:一、物理层安全机制能够在“信号层面”解决通信安全问题,是传统安全机制的有效补充。二、物理层安全机制较传统安全机制具有较小的计算开销、能量开销,更适用于低功耗的无线网络。综上所述,物理层安全机制的研究具有重要意义。本文从无线信号处理的角度出发,在“信号层面”对通信安全问题展开研究,内容包括物理层安全传输,物理层安全接入,物理层可靠传输三方面。研究旨在充分发挥信号在物理层的性能优势,通过设计端到端物理层安全机制来保证整个通信过程的安全,其主要的研究内容和创新点可归纳为以下三方面:1.物理层密钥生成方案通过密钥加密可以保证信号的保密性和完整性,实现物理层安全传输。本文针对物理层密钥生成的协商问题,提出了基于物理层指纹的密钥模糊生成方案。具体地,本文设计了密钥模糊生成器,并考虑了窃听攻击和篡改攻击,提出了具有针对性的密钥安全协商方案。随后,本文对所提方案的安全性和可行性进行了理论分析和仿真分析。2.物理层身份认证方案通过物理层身份认证,可以防止物理层伪造攻击和中间人攻击,实现物理层安全接入。该方案主要包括两部分研究内容:第一部分为无线传感网络物理层认证方案,主要研究了智能位置伪造攻击下的物理层身份认证。首先,本文提出了一种智能位置伪造攻击,分析了该攻击的可行性并推导了最优智能位置伪造攻击。随后,针对该攻击,本文设计了物理层协作认证方案,并给出了相关的性能分析,在考虑方案的计算复杂度下,提出了方案的加速算法。最后,本文通过仿真对所提方案的性能进行了分析。第二部分为移动认知无线电网络物理层认证方案,研究了主用户模仿攻击下的主用户认证方案。针对网络拓扑变化和动态通信环境,本文提出了鲁棒的主用户分布式认证方案,并对所提方案的性能进行了理论分析和仿真分析。3.物理层抗智能干扰方案通过物理层抗智能干扰,可提高接收信号的信干噪比,实现物理层可靠传输。本文主要研究了基于深度增强学习的抗智能无人机干扰方案。在考虑智能的无人机干扰攻击下,本文构建了抗智能无人机干扰的动态博弈模型,求解了抗智能干扰的最优策略。针对该策略,本文证明了动态博弈模型中纳什均衡的存在性,并分析了方案的计算复杂度。最后,本文通过仿真对所提策略的性能进行了分析。