互联网技术于近年有了长足发展,涌现出的海量信息数据向现有通讯系统提出了更高要求。第五代移动通信体系(The 5th Generation Mobile Communication,5G)作为当前研究热点,着力解决数据的超高速、超可靠、低时延传输问题。这些问题对无线通信物理层的核心模块——信道编码,提出了更难满足的需求。近年提出的Polar码源起于信道极化现象,是当下唯一可达香农极限传输的信道编码方式。经过学术界、产业界的共同全力推动,近几年Polar码的研究取得了丰富的成果累积。2016年11月,3GPP决定将e MBB场景下控制信道的短码标准定为Polar码。尽管如此,Polar码在匹配5G实际应用场景的传输需求时仍有诸多不足:点对点传输方面,Polar码虽然无需随机编码或迭代译码,但唯有码长足够长时才能使信道充分极化,故单纯的Polar短码纠错能力和抗衰落能力较差;网络通信的中继传输方面,编码协作结合Polar码能够为多用户信息传输带来分集增益和编码纠错增益,但针对可变协作程度,当前研究缺乏高性能的分码字构造方案;网络通信的多址接入传输方面,由于MAC(Multi-Access Channel)在传输时是多个用户分享同一时段或频段进行信息传送,面向多址接入信道的Polar低复杂度传输方案亟待设计。针对以上问题,本文从三个方面对面向5G应用的Polar码进行了深入研究:单链路方面,研究了如何改善Polar短码性能。为了改善Polar短码误码率高,抗衰落能力差的劣势,首先选取纠突发错误能力强的Reed-Solomon(RS)码设计了多段RS码保护下的级联Polar码方案。其次针对每个子信道错误概率不服从均匀分布的特点,引入了基于蒙特卡罗仿真估计的码率分配举措,再配合RS码和Polar码各自的编码特点引入了帧内、外交织,最终结合接续消除列表(Successive Cancellation List,SCL)算法与RS译码算法设计了联合译码器。仿真结果表明,该级联方案改善了纯Polar短码在瑞利快衰落信道下的性能表现。中继通讯场景方面,针对怎样改善Polar码编码协作性能开展研究。在中继信道下,目前有关Polar码编码协作的研究较为缺乏,且仅在协作程度为50%时有较好的性能增益。为了设计在任意编码协作程度均有较好性能的分码字构造方案,本文首先针对极化子信道容量与Polar码自身码重的特征,提出了高效的凿孔算法设计原则。在低复杂度的前提下,还配合回溯算法对凿孔后的编码信息位联合优化,降低了凿孔带来的性能损失。随后,利用该分码字构造方案产生分码字,并在译码端部署迭代次数可灵活调节的软消除(Soft Cancellation,SCAN)译码器,配合周期冗余校验(Cyclical Redundancy Check,CRC)实现了减少多余译码延迟的且性能更佳的Polar编码协作方案。最后,对多址接入信道的极化与Polar编解码方案展开研究。多址接入信道方面,直接应用码率分割译码或采用传统的信道极化方式所设计出的编译码方案无法达到容量域优势面上的任意点。为实现可达优势面上任意点的低复杂度Polar编译码方案,本文以两用户多址接入信道为例,首先使用互信息单调链式展开法则证明了信道容量域优势面上任意码率对的可达性,接着延续该思路证实了该信道同样存在极化现象,类比单用户Polar译码时的似然概率递归计算方式,给出多址接入信道下的递归求解公式,凭借递归形式实现了适用于多址接入信道的接续消除(Successive Cancellation,SC)译码算法。最后,将MAC-SC向SCL算法拓展,实现了适用MAC的SCL算法。上述编译码方案不仅继承了单用户情景下的复杂度,仿真证明采用该方案可达到优势面上的任意码率对。