随着移动互联网中多媒体广播多播业务的快速发展,数据的可靠传输成为了研究热点。此外,为了最大限度地利用有限的频谱资源,中继和认知无线电技术也受到越来越多的关注。喷泉码作为一种应用层前向纠错技术,能够有效对抗信道干扰,很适合应用于可靠广播多播传输和认知中继网络中。本论文以喷泉码为研究对象,在喷泉码的编码优化构造和实际应用推广方面都做出了一些贡献。文章首先回顾了信道编码理论及其发展历史,介绍了喷泉码的演进过程、优缺点及其应用场景,接下来依次介绍了Tornado码、LT码和Raptor码这几种典型喷泉码的基本原理和编译码算法,分析了影响编码性能的重要参数,并对其优缺点逐一分析。其次根据喷泉码编译码的基本原理,提出了一种基于混沌序列特性的喷泉码优化构造方法。仿真结果表明,与现有的LT码相比,优化构造方法具有较小的误码率和较大的译码成功概率,能够有效地提升编码效率。最后为提高频谱利用率,把优化设计的喷泉码应用于认知中继系统。通过仿真分析,确定关键参数,使次级用户获得最佳频谱效率。本文的主要贡献和创新有：在喷泉码的编译码性能改进方面,利用混沌序列特性,使得LT码构造矩阵中的参数由随机不确定变得可以事先固定,并且改变了邻接节点的选择模式；根据“与或树”理论,计算出构造矩阵中的优化设计参数,使得在码长较短时就能以较大译码成功概率优先译码。在喷泉码的应用方面,提出了一种采用喷泉码作为信道编码的认知中继网络数据传输模型,并且给出了次级用户频谱效率的计算公式。通过模型等效和简化,得出影响频谱效率的关键参数,最大化频谱利用率。