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现代通信系统中,尤其在即将到来的物联网时代,高速、高稳定性、低功耗、低复杂度和高安全性已经成为常见的通信系统需求,首先高速和高稳定性意味着错误和重传应尽量避免,低密度奇偶校验（low-density parity check,LDPC）码作为5G NR标准中数据传输信道的标准码,同时也在各种标准中广泛使用;低功耗和低复杂度意味着电路规模的限制,在这方面,近似计算涌现成为一种新型的电路设计方法;安全性方面,物理不可克隆函数（PUF,Physical Unclonable Function,有时也称为Physically Unclonable Function）则成为一种可行的技术方案。本篇论文从现代通信系统中的两大技术领域——信道编码和安全通信出发,完成了以下的四项创新性工作。我们首先对一种新型PUF,DC MUX PUF的安全性进行了全面分析,我们对其进行了专门的模型分析以及攻击实验,包括对DC MUX PUF的功能逻辑进行建模分析、推导其功能函数以及根据功能函数专门设计了它的特征向量,进而我们推导出了它在各个参数上的偏导并使用逻辑斯特回归算法,对其进行了重复攻击实验,同时我们也使用相同的算法,对经典的MUX PUF进行了攻击尝试。我们的攻击实验对MUX PUF的平均预测率达91.17%到91.04%（取决于PUF阶数）,最高预测率达92.41%到92.63%,对DC MUX PUF的平均预测率达88.61%到89.01%,最高预测率则达89.89%到90.77%,对DC MUX PUF的平均预测率及最高预测率均较低,训练时间方面,攻击DC MUX PUF的平均耗时为1220.8秒,这一耗时是攻击MUX PUF所需时间的40000倍,因而发现DC MUX PUF相对于MUX PUF在面对模型攻击时具有更高的安全性。接着在信道编码领域,我们针对主流的LDPC分层译码算法完成了相关的硬件设计,我们的译码器设计针对802.11n（Wi Fi）协议中使用的LDPC码,并使用了全并行的设计思路,综合和STA的结果证明该译码器设计达到了2.275Gbps的吞吐率,面积为2.296mm~2,面积效率达到了2.378Mbps/GE。我们还提出了一种适用于补码运算的近似加法器,它适用于LDPC译码器,其对于译码器的译码性能影响很小,在延迟上相对于精确译码器的增益达到19%到23.55%（取决于近似阶数）,面积上的增益达12.60%至50.39%,估测的功耗方面增益也达1.91%到6.46%。最后我们提出了一种在LDPC译码器中非均匀部署近似单元的方法,并运用这种方法对64-QAM级联LDPC全并行分层译码器的场景进行实验,最后设计出的非均匀近似译码器在译码性能上与OMS-C和OMS-C-AAU-3相近,同时在硬件性能方面,吞吐率达到了2.355Gbps,面积缩小到2.153mm~2,面积效率达到了2.685Mbps/GE,相对于OMS-C版本提升了10.85%。总得来说,本文在PUF领域完成的针对DC MUX PUF进行的攻击实验,完成了其安全性分析,在LDPC译码器设计方面完成了对LDPC分层译码算法的完整前端设计,提出了一种适用于LDPC译码器的近似加法器,以及一种在LDPC译码器中非均匀部署近似单元的方法以帮助设计者合理地选择近似单元部署位置和阶数。