物理层密钥生成技术旨在利用无线信道的时变性、互易性和空间唯一性在收发双方生成一致的安全密钥。其中空间唯一性是指当两条信道距离超过半个波长时,信道特征具有唯一性和不相关性,保证了物理层密钥的安全性能。但在实际通信场景中,因受到用户位置和空间散射环境等因素的影响,在距离超过半波长的情况下窃听信道仍可能会与合法信道相关。此外,在某些场景中,窃听者具有在合法用户邻近进行窃听的条件,从而降低物理层密钥的安全性能,增加了密钥被攻破的风险。目前,国内外已经有学者建立了窃听信道与合法信道相关的系统模型,并分析了窃听信道相关性对密钥容量的影响,但仍缺乏针对该场景的物理层密钥生成方案。具体而言,主要涉及以下两个方面的问题:1)现有信道特征提取方法未考虑窃听者能从窃听信道中提取到与合法信道相关的信道特征,导致密钥容量降低;2)现有的信道特征量化算法忽略了相关窃听信道特征量化后所得序列与合法用户生成密钥相似,导致密钥被攻破风险增加。针对以上问题,本文建立了面向相关窃听信道的物理层密钥生成模型,分析相关窃听信道对物理层密钥生成方案安全性能的影响,针对现有信道特征提取方法未考虑窃听者从窃听信道中提取到与合法信道相关的信道特征,导致密钥容量降低的问题,分别在SISO系统和MISO系统中提出了基于安全信道估计的密钥生成方案和基于相关窃听信道加扰的密钥生成方案;针对现有的信道特征量化算法忽略了相关窃听信道特征量化后所得序列与合法用户生成密钥相似,导致密钥被攻破风险增加的问题,提出了一种基于双层去相关量化的密钥生成方案,具体研究内容包括:1.提出了一种基于安全信道估计的密钥生成方案。合法通信双方采用实时生成的随机导频取代公开导频,然后使用回环发送的方式从随机导频信号中提取信道特征,最终对提取到的信道特征进行多比特自适应量化和Winnow算法协商后生成一致密钥。仿真结果表明该方案能够使窃听者无法提取与合法通信双方的信道特征相关的信息,且在窃听信道相关性高于0.85的情况下使密钥容量有所提升。2.提出了一种基于相关窃听信道加扰的密钥生成方案。合法通信双方在发送导频的信号中叠加与合法信道正交的人工噪声信号,在不对合法通信双方接收信号产生影响的同时对窃听者接收信号进行干扰,并以提高密钥容量为目标对人工噪声功率与发送总功率比值进行优化,最终用矢量量化算法和Winnow协商协议将信道特征生成密钥。仿真结果表明该方案能够降低窃听者提取信道特征与合法通信双方提取信道特征的相关性,并且在不同的窃听信道相关性情况下都能够提升系统的密钥容量。3.提出了一种基于双层去相关量化的密钥生成方案。合法通信双方对信道特征信息进行精度不同的两次量化,根据信息粗略和详细程度区分为两条序列,将含有详细信息的序列用作方案所生成的密钥,并以粗略信息序列作为协商信息对密钥进行检错。仿真结果表明,该算法能够提高窃听者与合法用户生成密钥的差异,降低了密钥被破解的风险。