传统有线网络采用分层的协议设计策略，保持各层协议设计的独立性，这也降低了网络协议开发和实现的难度。然而，在无线网络中，无线信道自身所固有的路径损耗、阴影效应、多径传播等特性是制约无线通信系统性能提高的“瓶颈”，无线环境的不确定因素，导致了信道容量和误比特率的时变特性，所以协议栈的分层设计无法保证网络的最佳资源利用率和用户的业务质量需求。在这种背景下，跨层设计技术应运而生，并逐渐成为近年来无线通信的研究热点之一。跨层设计打破了传统通信网络各层协议独立设计、独立优化的思维束缚，将物理层、MAC层、路由层乃至更高层的信息综合考虑，加强了层与层之间的交互，最终从整体上对整个通信系统的性能加以优化，提高用户和网络的各项QoS指标。 本论文主要对跨层设计在新一代无线通信中的应用进行研究。首先对采用OFDM-CDMA技术的蜂窝小区中的无线资源分配问题进行研究，采用跨层设计策略优化基站端实时用户信号干扰噪声比的设置，增大了系统容量;然后研究了基于AM机制的多跳Mesh链路的丢包率和时延特性，使链路层排队信息有效地与物理层的自适应策略结合起来，提高端到端的吞吐量；最后对环状多信道Mesh网络中PHY/MAC联合设计技术进行了探索，调和了Mesh小区覆盖范围和无线链路容量这一对矛盾。各部分仿真分析均表明，采用跨层设计策略的确能够有效地提高无线通信系统的性能。