近年来,随着5G（5th Generation Mobile Communication Technology）和超5G通信技术的快速发展,日益激增的无线终端通信设备充分利用了这些蓬勃发展的技术,为实现终端用户之间无处不在的数据监测和灵活信息共享提供了可能。人们也更加倾向于通过无线终端设备来共享私人信息,如位置信息和电子健康信息等。这种以用户为中心、数据密集型服务也吸引了敌手的注意力,让其在发现隐私敏感信息的前提下,为自身利益发起更为严重的攻击。作为5G终端设备交互的重要通信方式之一,设备到设备D2D（Device-to-Device）通信可直接在邻近设备之间建立连接,具有高频谱效率、低延迟和低功耗等优点。不断完善的D2D通信技术和应用标准,带来了更多配置此种通信模式的终端设备,导致大量的隐私敏感信息会以D2D链路暴露于无线环境。考虑无线网络的广播特性和终端设备（如,D2D设备通常配置为单天线、功率受限节点）的资源有限性,D2D通信网络更易于成为窃听者监测的对象,特别是在窃听和干扰共存的蜂窝网络中,如何有效的解决D2D链路的安全与隐私保护问题成为至关重要的难题。为了应对这些安全威胁和挑战,传统密码学和基于信息理论的物理层安全等方法得到了较为全面的研究。然而,这两类方法均侧重于保护信息的内容不被破解,存在应用场景,不仅需要保护信息的内容,还要防止对手知道隐私敏感信息的存在性。物理层隐蔽通信能利用无线信道的传输特性,如多径、噪声和干扰等,来保护隐蔽信号的存在性。在混合窃听蜂窝网络中,窃听环境不断苛刻（即,窃听者数目增加,合法方获得窃听者相关信息越来越少）,链路之间交互不断复杂,现有研究已难以满足在此网络下实现D2D隐蔽通信的需求。进一步,论文考虑不刻意引入干扰节点的情形下,有效利用网络已有通信资源对混合窃听蜂窝网络开展D2D隐蔽通信方法的研究,具体如下:（1）单窃听者蜂窝网络中基于协作式干扰的D2D隐蔽通信:提出了一种协作式隐蔽通信方案,D2D通信链路可传输隐蔽信号,且确保窃听者具有一个较低检测概率。在不引入外来节点的情形下,将蜂窝信号和D2D非隐蔽信号设计为协作的干扰者,以满足隐蔽性要求。结合功率域非正交多址技术和串行干扰删除以提高隐蔽吞吐量。考虑D2D链路无法获得窃听者的检测阈值,推导出最小错误检测概率来衡量隐蔽性。实验分析揭示了不同系统参数,包括发送功率、通信速率和噪声方差等,对所提方案隐蔽通信性能的影响。结果表明,通过调整蜂窝信号和D2D非隐蔽信号的通信速率和最大发送功率,可有效提高隐蔽吞吐量。（2）多窃听者蜂窝网络中全双工基站辅助的D2D隐蔽通信:提出了两种全双工基站辅助的D2D隐蔽通信方案。与上个研究方案相比,考虑降低节点间的协作难度,同时应对多个窃听者的监测,设计基站天线发送独立的人工噪声。基于基站的天线数量,设计了两个相应的隐蔽通信方案。以隐蔽吞吐量对所提方案进行评估,其定义为满足给定隐蔽性要求下的最大可实现D2D通信速率。考虑合法节点只能获得敌手通信链路的信道分布信息,以平均最小错误检测概率AMEP（Average Minimum Error Probability）来衡量系统的隐蔽性。计算并推导出最小AMEP和D2D可用通信速率的闭式表达式,进一步分析系统的隐蔽吞吐量。研究发现,如果基站分配适当（一个、两个或大量）的发送天线,可以简化最小AMEP的推导过程。将分析结果与蒙特卡罗仿真结果进行比较,验证了所提方案的有效性。另外,还研究了信号发送功率、通信速率和剩余自干扰因子等系统参数对AMEP和隐蔽吞吐量的影响。结果表明,通过适当地设置系统参数,如基站天线数量和人工噪声最大发送功率等,可以有效提高隐蔽吞吐量。（3）随机分布窃听者蜂窝网络中能量节点辅助的D2D隐蔽通信:提出了一种面向具有能量节点的蜂窝网络中的D2D隐蔽通信方案。与前两个研究方案相比,考虑基站不能辅助的情形下应对随机分布窃听者的监测,设计功率信标（能量节点）在非能量采集子时隙发送人工干扰。将通信时隙划分为无线能量采集和隐蔽通信子时隙。在无线能量采集子时隙,D2D发射机采集功率信标和蜂窝链路的所有能量,支持下一个子时隙的隐蔽通信。以隐蔽吞吐量对所提方案进行评估,其定义为满足能量采集中断概率,隐蔽概率和蜂窝链路连接中断概率等需求下的可行D2D通信速率。计算并推导各限制条件的闭式表达式,并针对D2D隐蔽吞吐量优化难题给出了可行解决方法。将各分析结果与蒙特卡罗仿真结果进行比较,验证了所提方案的有效性。另外,还分析了D2D发送功率、功率信标密度和窃听者个数等参数对系统隐蔽性和隐蔽吞吐量的影响。结果表明,通过优化配置各参数,如功率信标密度和D2D发送功率,有利于提高系统隐蔽吞吐量。