超宽带(UWB: Ultra Wideband)技术具有传输速率高、功耗低、可抗多径干扰、实现结构简单和安全性高等优点，适用于密集多径环境，被视为下一代无线通信的关键技术之一，也是室内高速率、短距离接入通信的最佳方案之一，具有广泛的应用前景和重要的理论研究价值。本文以低成本、低功耗的短距离无线通信应用需求为牵引，围绕其物理层关键技术，包括调制技术（差分混沌键控）、多址接入技术、多天线技术、LDPC信道纠错码，和物理层网络编码技术，进行了系统的研究。　　 (1)在UWB的调制技术上，近年来，基于混沌信号调制的超宽带技术受到了广泛的关注。混沌信号具备超宽带通信所需的优良特性，硬件实现简单。其中非相干的差分混沌键控(DCSK: Differential Chaos Shift Keying)技术，不需要混沌同步而受到更多的关注。由于UWB多用户通信的重要性，针对DCSK的直扩超宽带系统，本文研究了基于Walsh码(WC)的DCSK多用户系统，提出了一个改进再差分Walsh码的DDCSK-WC混沌多用户通信方案。仿真和理论分析结果表明，该方案比传统方案有2dB的性能增益，并且也大大提升了抗多径时延能力。　　 (2)在多天线UWB系统中，利用不同混沌信号的良好互相关性，即近似正交性，提出了称为模拟STBC-DCSK的发射分集技术，获得最大分集增益，提高系统性能和抗多径干扰能力。更重要的是，传统基于STBC的MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)-DC SK需要信道信息辅助译码，而STBC-DCSK无需信道信息，避免了复杂的信道估计。在接收端联合DCSK解调和STBC译码，实现复杂度和单发单收DCSK相似，说明了该STBC-DCSK适合低复杂度和低成本特性的UWB应用。同时我们给出了多径瑞利衰落信道的STBC-DCSK方案的误码性能分析，从理论上证明了它的优越性，所提出的系统对于单发单收系统有4-SdB的性能优势。在UWB CM1建模信道下的性能仿真，也验证了该系统在UWB超宽带传输环境的实际可行性。　　 (3)信道纠错码的引入可以极大地提升通信系统的传输可靠性。最近美国JPL实验室在深空通信环境，提出了一类性能优异的原模图LDPC码。基于二进制干扰信道的特点，我们提出了一类新的近似规则原模图码型，并利用有限长EXIT(Extrinsic Information Transfer)图进行了分析佐证。在EPR4信道的仿真结果表明，在低信噪比和高信噪比区，这类新的原模图码型相对规则LDPC码，有0.2dB的性能增益和更低的错误地板。同时，针对基于混沌调制的无线干扰UWB传输信道，我们提出了译码性能更佳的原模图信道编码。　　 (4)在双向中继通信中，将物理层网络编码(PNC:Physical Network Coding)应用于该系统时，可获得比传统中继方案和网络编码方案更高的网络吞吐量。目前PNC与信道编码相结合是研究热点之一。在联合信道编码和PNC上，我们提出了一个更一般化的联合编译码方案，称为串行信道和物理层网络译码（S-JCND:Serial Joint Channel and Physical Network Decoding）。跟传统的联合编码(JCNC:Joint Channel and Physical Network Coding)方案不同，S-JCND方案允许通信网络的两个节点采用不同的信道编码。通过将PNC视为串行级联码的内码，节点的信道编码视为级联码的外码，在中继接收端构成了一个串行级联译码系统，采用了Turbo迭代的译码算法，可信度信息在内外码之间迭代更新。仿真结果表明S-JCND方案比传统JCNC方案有差不多0.6dB的性能增益;其次，在采用STBC空时编码的PNC系统，利用预编码技术，我们提出更低译码复杂度的STBC-PNC方案;中继和多天线技术是提高UWB覆盖范围的有效手段，因此在下一步工作中，我们将研究基于混沌调制的网络编码UWB通信系统，以此来进一步提高UWB网络吞吐量和覆盖范围。