在个人移动设备普及、工业物联网设备的大量使用的环境下,使用传统的基于物理地址和上层安全协议的数字安全体系逐渐显露弊端。将物理层的射频信号特征作为无线设备指纹,其天然具有稳定、无法篡改、难以仿造的特性,将其作为新一代网络安全体系的组成部分,具有重要的理论意义和实用价值。本文选择Wi-Fi设备作为研究对象,分析了802.11 HR/DSSS PHY和802.11OFDM PHY两种物理层技术,并分别提出了作为射频指纹的一种信号特征生成方法,建立了基于设备射频指纹的识别和认证系统,并通过实验结果证明了其用于物理层安全系统的有效性。本文主要工作如下:1.分别研究了802.11 HR/DSSS PHY和802.11 OFDM PHY物理层协议的物理层帧结构和信号调制与生成方式,分别提出对于这两种协议的信号帧捕获算法;2.研究了载波频偏对于设备分类的影响,提出了基于载波频偏的一组二维特征生成方法;利用这一特征,在少量相同型号(10~15台)的设备分类实验中获得90%以上准确率,其中部分型号中准确率在97%以上;3.对于HR/DSSS PHY信号帧,提出了一种基于直扩码片运行轨迹的信号特征生成方法。利用该方法,对45台设备进行分类实验,获得了99%以上分类准确率;4.对于OFDM PHY信号帧,提出了一种基于前导差分谱的信号特征生成方法。利用该方法,对55台设备进行分类实验,获得了99.4%的分类准确率;在信道条件变化下,仍能够保持该分类准确率;在使用欧氏距离作为判决准则的未知设备认证实验中,达到约4%的EER;5.设计并实现了基于软件无线电平台的无线识别系统原型,验证了上述方法的有效性。