在无线通信网络中可以运用物理层网络编码来提高双向中继通信系统的吞吐量。在双向中继传输系统中,常常考虑的通信状态是两条通信链路对称的情况,但是实际中比较常见的是两条链路信道质量非对称的情景,那么如何降低较差通信质量的链路对通信性能的影响是实际通信系统中的一个主要问题。非对称双向中继传输系统在陆地和水下都是十分常见的,水声通信的信道十分复杂,多径、延时、带宽受限等特性使得通信的性能难以得到保证,在水声通信系统中信道的非对称性更是不得不考虑的问题。本文将物理层网络编码应用于非对称双向中继通信中,并研究其在水声通信中的应用。为了能够确保水声通信系统的有效性和可靠性,将物理层网络编码与传统的通信技术相结合来以提高浅海水声通信的效率。论文的主要研究内容如下:首先,建立非对称双向中继传输系统模型,分析非对称信道对于物理层网络编码性能的影响,针对信道的特点提出非对称信道物理层网络编码方案。对于该方案的可行性和有效性,本文利用仿真分析进行了验证。其次,根据对水声信道特性的分析,建立了水声信道对称双向中继通信系统射线模型,能够很好地体现水下声波通信环境的多径和时延特性。在水声通信的环境中,多径效应和衰落现象是不可避免的,将直接序列码分多址(Direct Sequence-Code Division Multiple Access,DS-CDMA)与信道均衡技术和RAKE接收机技术结合来克服水下信号多径的影响,为了提高水声通信的有效性将模拟网络编码与DS-CDMA相结合。利用仿真得到实验结果,物理层网络编码牺牲少许的误码率性能就可以得到系统吞吐量性能的提升。最后,考虑通信链路非对称的问题,建立了基于射线模型的非对称双向中继水声通信系统模型。针对该系统中链路非对称的问题,提出了非对称调制的物理层网络编码方案,其思想是充分利用较好信道状态的链路资源,避免信道较差的链路发生错误。对于应用非对称调制方式的物理层网络编码方案,首先需要利用信道均衡进行补偿信道的预处理,然后对叠加信号进行编码及映射得到网络编码信息,即设计中继映射方案。在接收端通过相应的解码和解映射方案获得发送端的信息,完成数据的交换。最后通过仿真验证了该方案的性能。