网络编码作为一种新型技术，起初应用于网络层，用于提高有线组播网络的吞吐量。不同于传统中继的路由转发机制，网络编码允许中继节点对多源信息编码处理后再转发，以利用有限的资源传输更多的信息。在无线通信系统中，无线传输介质的广播特性为网络编码在物理层的应用提供了一个平台，以进一步提升网络性能。自2006年物理层网络编码这一概念被首次提出以来，其相关技术也成为了近年来的研究热点。物理层网络编码与信道编解码、调制解调等物理层关键技术的结合，也更有效地改善了无线通信系统的传输性能。随着物理层网络编码理论研究的日渐成熟，将物理层网络编码应用于实际无线通信系统并进行性能验证成了需要进一步解决的问题之一，也是一项具有挑战性的工作。本文主要基于对现有物理层网络编码算法的分析研究，选取了相应有限域物理层网络编码算法并对其进行实现测试和性能验证。本文首先介绍了物理层网络编码算法基本原理，对现有物理层网络编码算法进行了分类，并选取了几种经典算法做了简单介绍。基于对各类算法的分析并结合其研究现状，本文特别分析了各类算法的优缺点，并讨论了其在工程实现中所存在的主要问题。随后，本文还研究了物理层网络编码和其他一些基本通信技术的组合方案，提出了将物理层网络编码扩展到广义无线通信系统的基本方案，并就其中的通信传播工程因素等进行了差异性分析。基于以上分析讨论，并结合工程可实现性及实现复杂度等的综合考虑，本文选取Zhang等人提出的传统物理层网络编码算法进行深入研究。基于一般无线帧结构，本文从理论上提出了帧结构长度对物理层网络编码的间接性能影响，并进一步分析了帧长N和采样时钟偏差系数应满足相互关系。最后，本文以无线双向中继信道模型为基础，利用实验仪器搭建了物理层网络编码系统实现平台，对无线电磁波及自由光通信两种环境下物理层网络编码系统性能进行了评估及综合分析。