无速率Spinal码是一类从理论上能够证明达到信道容量的无速率码。通过连续使用哈希函数进行映射,无速率Spinal码能够获得足够长的伪随机序列进行无速率传输。在复杂的信道条件下,无速率Spinal码能够通过不断传输编码符号使得信息序列被正确接收。虽然无速率Spinal码的编码结构简单,速率性能很好,但仍存在很多问题:顺序的编码结构使得无速率Spinal码的错误概率被尾部的信息块所限制,导致其差错概率性能较差;Spinal码的译码复杂度较高。因此本文在无速率Spinal码的基础上,设计和分析了具有更好纠错性能的级联Spinal码,具体研究工作如下:针对Spinal码尾部信息容易出错的问题,提出了级联Spinal码的编码方案。通过外码对尾部部分信息比特编码之后,使得尾部产生的错误能够通过外码恢复,提高了原始Spinal码的差错控制性能。针对所设计的级联Spinal码的编码方案,设计了一种联合译码算法。该算法通过引入伴随式校验和最大零距来纠正突发错误,与传统的级联译码器相比,所提算法减少了部分计算量同时提高了性能。此外,还讨论了外码的构造设计。通过设计循环校验矩阵的最大零距,可以得到多个适合纠正原始Spinal码尾部错误图样的外码。结果表明,级联Spinal码可以提供很好的纠错性能、速率性能。与原始Spinal码相比,级联Spinal码极大的降低了错误概率,提高了速率性能。在有限长的情况下,级联Spinal码与其他信道编码相比,例如Polar码和LDPC码,具有更好的纠错能力以及可达速率。针对所提出的级联Spinal码方案,从有限长性能以及渐近性能等方面分析了其理论性能。根据级联Spinal码的编码结构,利用其潜在的不等保护特性分析了该码的有限长性能,并推导了该码的错误概率上界。仿真结果表明,所推导的错误概率上界能够估计级联Spinal码的错误性能。在渐近性能分析方面,首先证明了级联Spinal码任意接近信道容量的速率的存在性,然后利用滑窗的分析方法,证明了在二元对称信道和加性高斯白噪声信道下,级联Spinal码通过联合译码能够实现信道容量。