物理层网络编码(PNC)是网络编码在物理层的直接应用,其主要特点是有效利用干扰和包叠加时的网络编码特性。物理层网络编码从映射方式上分为有限域PNC(PNCF)和无线域PNC(PNCI),从实现方式上分为同步PNC和异步PNC,双向中继信道(TWRC)中的PNC是众多学者研究最广泛的领域。本文主要从双向中继信道及多址接入信道两个方面研究异步PNC的译码算法。同时,基于软件无线电平台,本文分别实现了实时频域PNC系统和多址接入系统。从理论角度,PNC映射是PNC系统中一个至关重要的问题。本文首先引入PNC并结合前人的工作介绍了有限域PNC和无线域PNC中不同PNC映射方式。其次,本文研究了码元异步PNC系统的时域频域译码算法。针对时域异步PNC系统,本文在不同的脉冲成型模型及不同采样方式下研究了异步BP-PNC译码算法;在不同码元异步下,我们仿真并比较了BP-PNC的译码性能,其中,在矩形脉冲成型C方式采样时,码元的异步在高信噪比时不仅不会降低反而会提升系统误符号率性能。针对频域异步PNC,本文介绍了其系统设计架构和频域译码算法。本文中的FPNC系统中使用的卷积码,因此,针对卷积码的维特比译码器,本文介绍了匹配其输入的FPNC译码器。本文同时介绍了物理层网络编码在多址接入网络中的应用:网络编码多址接入(NCMA)。相比于传统的MUD译码器,NCMA利用物理层和MAC层两层编码设计及FPNC译码器译码得出的异或包大大提升了系统性能。针对NCMA系统,本文详细介绍了其两层编码系统物理层和MAC层的算法设计以及NCMA-TES,NCMA-UES两种译码方程系统。从实现角度,本文基于NI公司的软件无线电平台USRP N210介绍了实时PNC系统的设计与实现。利用此系统,我们比较了FPNC系统与传统TS系统的吞吐量性能,实验结果显示在SNR>8dB时FPNC系统的吞吐量几乎为TS系统的二倍。基于FPNC系统的设计框架,本文设计并实现了一个实时NCMA系统并比较了实时系统中MUD译码器,NCMA-TES,NCMA-UES译码系统的吞吐量以及归一化吞吐量,实验结果表明,NCMA-UES有更优的性能和更快的译码时间。