近些年来,无线通信迅速发展的同时人们对数据业务的要求也越来越高,更大的数据量更快的传输速度对无线通信技术都提出了更高的要求。但无线信道完全开放的特性和存在衰落、覆盖范围的问题使得很多情况下数据的传输需要有中继的协助,协作通信的思想就产生了。而网络编码的提出有效的提高了网络的吞吐量,又因为无线信道自身的广播特性和叠加特性,因此在物理层进行网络编码并与一定的信道编码技术相结合可以获得比传统中继系统更好的性能。Polar码是目前唯一能够达到香农极限的信道编码方式,编译码算法的复杂度较低、时延较小,因此本文提出了物理层网络编码与Polar码联合设计的方案。具体内容如下:首先介绍了双向中继通信的概念和系统模型,网络编码的基本原理、优缺点,然后详细说明了无线中继信道中的三种信息传输的模式和实现过程。并分析比较了这三种传输模式的性能,可以看出物理层网络编码相对传统的传输方式和直接网络编码模式可以提高网络的传输效率和吞吐量,并通过仿真分析得以验证。接着推导了物理层网络编码与信道编码联合设计的中继译码方案。LDPC码的再次发现证明它是性能优异的信道编码方式,针对本文使用的高斯消去的编码方法和基于置信传播算法的BP译码算法进行了说明,分析了编译码的复杂度,进行了单发单收情况下不同码长的LDPC码误码率的仿真。之后提出了LDPC码和物理层网络编码联合设计的方案,仿真分析了不同码长对联合系统BER性能的影响。Polar码是性能优异且被证明能达到香农极限的信道编码方式,我们最终研究的联合系统中信道编码方式选择的就是Polar码。文章针对Polar码的编码原理和本文使用的连续消除译码(SC)和连续消除列表译码算法(SCL)进行了介绍,通过仿真单发单收情况下不同码长和译码方法的Polar码传输的误码率,验证了Polar码的性能。然后介绍了传统的Polar码和网络编码的结合方案,分析了不足,在此基础上提出了Polar码和物理层网络编码联合设计的方案。最后通过仿真分析了该联合设计系统误码率和吞吐量两方面的性能。仿真结果说明了码长和译码算法都会影响联合系统的可靠性,并且本文提出的联合编码系统的方案相对于直接网络编码系统确实提高了网络吞吐量,同时也尽可能保证了系统的可靠性,而另一方面相对于信道编码方式选择LDPC码的联合设计系统可以在尽量少损失系统可靠性的前提下降低译码的复杂度和计算量,验证了本文方案的可行性和有效性。