高速无线个人网络协议IEEE 802.15.3是面向多媒体数据传输而设计的,旨在提供高速率、低功耗、低成本、低复杂度并能保证QoS的数据传输服务。协议MAC层采用了TDMA的信道接入方式,并定义了三种数据传输的ACK机制(No-ACK、Imm-ACK和Dly-ACK)可供选择,网络协调者(PNC)负责对多个数据流的接入进行调度。然而协议中并没有对ACK机制的优化使用以及如何调度数据流接入作规定,这是目前对于该协议的研究热点,也是本文的研究重点。我们首先对协议中的Imm-ACK和Dly-ACK机制分别建立了数据传输模型,通过模型求解得到了传输吞吐量关于数据帧长度、传输速率、信道误码率、帧间隔时间以及ACK长度等参数的表达式。我们利用该表达式对ARQ和HARQ下的吞吐量优化问题进行了分析,并与已有文献中的结果进行了对比,结果显示将HARQ技术与数据帧长优化相结合能够很好地改善系统的性能,尤其是对于信道状况较差的情形。此外,我们还在NS-2平台对传输模型进行了系统仿真,仿真的结果与数值优化得到的结果吻合的很好,这也验证了模型的正确性。基于数据传输模型,我们对WPAN网络的跨层设计与数据流调度进行了研究。在跨层设计方案中,我们通过优化传输速率以及数据帧长度来实现吞吐量最大化;利用该结果,我们提出了最大化吞吐量的调度方案,并采用NS-2仿真工具对调度方案在IEEE 802.15.3协议中的实施性能进行了分析,结果显示对比固定帧长或者固定速率的调度方案,所提方案能够提供更好的性能提升,尤其对于网络负荷较重的情形;本文最后,我们结合MPEG4数据流的编码特性,将FDA控制机制引入到调度方案中,对系统性能作了进一步的改进。