伴随着通信技术的飞速发展以及各种传输方式对可靠性要求的不断提高,信道编码技术作为抗干扰技术的一种重要手段,在数字通信技术领域和数字传输系统中显示出愈来愈重要的作用。由于实际信道存在噪声和干扰的影响,使得经信道传输后所接收的信息与发送信息之间存在差异。信道编码技术则是根据特定的规律在待发送的信息码中人为加入一些冗余信息,以最小冗余度代价换取最大抗干扰性能,保证传输过程可靠性。喷泉码是一种新型低密度无码率信道编码码字,其特点是发送端无需知道信道状态条件,就可以自动进行链路速率匹配。这种码字最初被设计用于删除信道条件,其编译码算法线性简单,纠删效果卓越,特别是其自适应链路速率匹配(即无码率)的特点得到了国内外学者的广泛关注。本论文在对信道编码理论以及相关学科理论深入研究的基础上,主要研究了在无线通信应用环境下的喷泉码编译码算法优化和应用扩展等问题。旨在保持译码可靠性的条件下,获得提高编码效率、降低译码复杂度的信道编码策略。另外本文还研究了将喷泉码应用于协作编码场景下的性能,探索新的应用前景。本论文的主要创新性工作如下：第一,从编码角度出发,本文提出了一种编码矩阵预处理算法,解决了随机生成的编码矩阵可能不满秩的问题。在实际应用中由于喷泉码编码矩阵根据给定的校验度分布随机产生,因此随机生成的矩阵中可能存在符号度为0的情况。存在这种情况的矩阵不满秩,从而无法进行信息迭代更新,将造成译码失败。并且该情况发生的可能性会随着码长的增长越来越不容忽视。本文提出的喷泉码编码矩阵的预处理算法通过对编码矩阵中的符号度计算判断,局部排列优化,达到矩阵满秩的目的。这样所有信息都能参与编码,降低了失败的概率,提高了系统的性能。第二,从译码角度出发,本文将分析迭代译码的数学工具——外信息转移(EXIT)图用于AWGN信道下喷泉码的译码分析,延展了相关理论。喷泉码可以用二分图理论分成符号节点和校验节点两部分,迭代中的对应的分量译码器称为符号节点译码器(SND)和校验节点译码器(PCND),均为软输入软输出(SISO)译码器。然而在喷泉码的译码过程中,SND和PCND之间的信息传递过程不易被描述和分析。本文推导出喷泉码在AWGN信道下的EXIT方程,并绘制EXIT图来描述了信息传递过程。通过分析喷泉码的信息传递过程,可以有效的确定喷泉码的迭代上限,从而为下面的迭代停止研究提供理论指导。第三,从迭代控制角度切入,本文提出了一种有效降低喷泉码译码迭代次数的停止机制。无线信道中喷泉码的译码采用置信传播(BP)迭代算法,不同于LDPC码,喷泉码缺乏有效的BP迭代停止机制,通常迭代次数是固定值。为提高译码成功概率,这个迭代次数往往设置较大。同时喷泉码采用增量冗余译码(IRD)机制,在译码失败的情况下增加校验位长度,重新译码。BP和IRD的结合使喷泉码译码迭代次数大幅增加。本文针对译码方案中的迭代控制问题进行了研究和探索,提出基于外信息符号差的算法(ESD)的喷泉码迭代停止机制,充分利用先验信息和外信息之间的关系,达到快速判断收敛,停止迭代的目的。通过与固定次数迭代、循环冗余校验(CRC)、奇偶校验(PC)及互熵(CE)方式比较和EXIT图分析,该方法迭代次数少,复杂度低,在不降低译码可靠性的情况下,可以实现了译码效率的大幅提升。第四,从应用角度出发,提出将一种应用于协作场景喷泉码系统。在协作系统中,传统的信道编码由于受到固定码率的限制,协作比例调节不够灵活,因此本文提出一种两中继喷泉码协作模式,将喷泉码码率灵活的特点和协作信道条件相结合,有效利用分集增益。本文首先提出了喷泉码协作模型,然后根据成对错误概率(PEP)理论,对喷泉协作通信在慢衰落和快衰落信道下的性能限进行了理论分析,最后通过系统仿真,验证了在以上两种信道条件下采用协作模式带来的分集性能。