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信息论、信道编码和协作通信是现代数字通信系统中的三大理论支柱。信息论以揭示信息的本质特性和规律为基础,其基本任务是为设计有效可靠的通信系统提供理论依据。信道编码是在香农信息理论的指导下发展起来并逐步成熟的,它提供了信息在信道中进行可靠传输的有效手段。其中,LDPC码以其接近香农极限的优异性能及巨大的潜在应用价值而成为目前信道编码领域最热门的研究方向之一。协作通信作为未来移动通信领域的关键技术之一,其基本思想是在多用户环境中,使具有单根天线的移动终端按照一定的方式共享彼此的天线,从而产生一个虚拟MIMO系统。本文从基础信息论入手,在掌握信息论基本原理和核心思想的基础上,创新性的提出了修正的切尔诺夫界,将其应用于随机变量和的尾部概率估计中。然后根据随机编码原理,引入ε-典型序列,对单中继信道的容量上界进行了详细的数学推演和证明。进一步,将LDPC码与协作通信相结合,提出正规LDPC编码协作通信方案。最后将LDPC码应用于卫星通信中,通过不同方法来改善卫星通信系统的性能。本文的研究工作具体如下:1.在对信息论中一些经典理论包括切尔诺夫界原理、渐进均分定理和大偏差理论深刻理解的基础上,本文针对应用切尔诺夫界得到随机变量和的尾部概率估计比较宽松这一问题,提出了修正的切尔诺夫界,从而计算得到随机变量和的尾部概率的紧凑估计。2.在掌握香农随机编码和信道编码定理的前提下,进行信道容量分析。本文从通信系统中的几种基本信道入手,以单中继信道为重点,对信道容量进行了详细的分析和推导。在中继信道容量证明中,本文采用了后向随机码,这一编码方法使得证明简单明了且易于扩展。同时,还对物理衰落的单中继信道和带反馈的单中继信道容量进行了证明。3.提出了中继信道下正规LDPC编码协作通信方案。该方案采用联合译码。在译码初期,两个译码器分别计算并输出对各自输入序列的估计;再进行联合译码,将这两组软信息合并,即得到对信息序列的最终估计。利用正规LDPC码的编码增益和协作通信的分集增益,该系统获得了较好的性能。4.将LDPC码应用于卫星通信中,研究LDPC码在卫星通信中的抗雨衰能力,然后又基于卫星通信中特有的辅助信道,提出相应的LDPC编码协作传输方案,改善卫星通信传输性能,并进行仿真分析。