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随着无线通信技术的飞速发展,信道编码技术作为保证信息传输可靠性和高效性的重要技术手段之一,在复杂的无线通信环境中面临愈加艰巨的挑战。在许多无线通信环境中,发射端难以提前获得准确的信道条件,固定速率编码方案不能有效的保证通信传输质量。于是,具有自适应信道环境特性的无速率码应运而生。2012年提出的无速率Spinal码能够在二元对称信道(Binary Symmetric Channel,BSC)以及加性高斯白噪声信道(Additive White Gaussian Noise,AWGN)下达到近Shannon限的码率,其编译码结构简单,对干扰有较强的鲁棒性,可以很好的应用在动态时变信道下,如深空通信下的信道等,具有一定的研究价值。本文介绍了目前信道编码技术的研究现状,阐述了无速率码在时变信道下的性能优势及理论依据,接着引入Spinal码,介绍了其编译码结构及基本原理,并通过与其他典型的编码技术进行比较,说明了Spinal码在信道编码领域内的优点。然后,通过对Spinal码的传输结构进行优化,提出高性能凿孔算法,有效提升码率和降低误码率。具体的研究内容包括:(1)研究Spinal码的误码率上界。目前关于Spinal码的误码率性能研究较少,针对这个情况,本文根据Spinal码的结构特性,在Random-Coding Union(RCU)界的基础上,给出BSC和AWGN信道下的平均误码率上界。研究结果表明,该误码率上界贴近实际仿真性能,能够很好的对Spinal码的错误概率进行估计,为高性能凿孔方案的设计提供理论依据。(2)提出针对于Spinal码的凿孔方案。为了有效提升传输结构性能,根据Spinal码编码结构中信息序列尾部容易错误的特点,以推导出的错误概率上界作为约束条件,建立了以码率提升为目标函数的优化模型,构造出了“倒三角”凿孔方案。“倒三角”凿孔方案的核心思想是减少传输通道前部分符号的过多传输,并有效保护尾部易错符号,达到更高码率上限的同时有效降低了误码率。研究结果表明,相比于已有的均匀凿孔方案,“倒三角”凿孔方案提供了更好的性能。(3)对传输凿孔方案进一步改进研究。对“倒三角”凿孔方案的码率变化粒度进行优化改进,提出了联合凿孔方案。在此基础上,通过对凿孔顺序进行优化,提出了高效的子通道符号传输顺序,进一步提高可达码率上限。研究结果显示,经过凿孔顺序优化后的联合凿孔方案充分利用了Spinal码前向递增冗余特性,减少了整合的信息通道所带来的冗余并细化了码率变化粒度,具有更高的码率性能。