在移动互联网不断发展和智能终端逐渐普及的趋势下,用户数量和业务需求剧增,现有第四代移动通信系统(the 4th Generation Mobile Communication System,4G)无法充分满足消费者全方位的通信需求,全球着力于第5代移动通信系统(the5th Generation Mobile Communication System,5G)的预研,超高速是5G最突出的特征。作为目前理论上唯一的信息传输速率可达香农限的先进信道编码技术,Polar码是5G超高速传输的备选纠错码方案之一,然而Polar码在实际的超高速传输应用中仍然存在一些瓶颈。单链路传输方面,Polar码的优异性能主要体现在长码,但其译码延迟大、复杂度高;多链路传输方面,Polar码编码协作将协作通信和可达香农极限的信道编码结合,能够实现多链路分集传输和单链路前向纠错的双重收益,其对5G多链路传输提速具有重要应用意义,但目前缺乏能获得高收益的Polar码编码协作方案。为了使得Polar码更好地应用于5G超高速传输,本文从单链路译码复杂度的降低和多链路编码协作出发,对面向5G需求的Polar码进行了研究。译码复杂度降低方面,Polar码的译码方法分为串行译码和并行译码两类,接续消除(Sccessive Cancellation,SC)译码和置信传播(Belief Propagation,BP)译码是这两种译码的典型代表,然而SC的译码延迟大,BP译码复杂度高。为了降低Polar码的译码延迟和复杂度,本文基于休眠子树和信息子树删减,实现了SC译码复杂度的降低。进一步地,将子树删减和基于休眠信息的节点迭代计算简化结合,并把叶节点的译码转移到根节点,省去叶节点后验信息的更新计算,从而提出低复杂度的BP译码,且相较原始BP改善了高信噪比下的性能。编码协作方面,分码字设计是实现Polar码编码协作的关键,目前对其的研究几乎处于空白,已有文献中只有高斯白噪声信道下的分码字构造,但该方案在衰落信道下没有表现出明显的收益。为提出高增益的编码协作方案,本文基于Polar码倒位码字Plotkin构造和信息重休眠,设计出所需分码字,提出非系统Polar码的编码协作,并将其扩展到误比特率性能更优的系统Polar码。为了获得协作程度灵活可变的编码协作方案,本文实现了基于凿孔的非系统Polar码编码协作,通过分析系统Polar码的编译码特点,证明了非系统Polar码凿孔算法可应用于系统Polar码,从而提出性能更优的基于凿孔的系统Polar码编码协作。最后,本文对Polar码编码协作进行了扩展研究。由于在快衰落场景下,每个码字比特传输所遭受的衰落都可能是独立的,传统编码协作在快衰落场景下没有收益,本文基于Alamouti编码,实现了快衰落场景下具有一定收益的空时编码协作。为了更好地利用分集资源,将多输入多输出技术(Multi-Input Multi-Output,MIMO)与编码协作相结合,基于空时编码实现了多天线终端场景下的Polar码编码协作。在密集用户场景下,多用户协作将带来更好的分集效益,利用正交空时编码理论,提出了基于分布式空时编码的多用户Polar码编码协作。仿真结果表明,提出的低复杂度BP译码方案较原始BP不仅降低了计算复杂度而且提升了高信噪比下的性能,提出的编码协作方案使Polar码在衰落信道下的性能得到明显提升。