无线通信的不断发展带动了多媒体需求的快速增长，通信业务的类型也发生了很大的变化，话音业务所占比重逐步下降，同时多媒体业务所占比重日渐增加。这种转变导致有限的无线资源与不断提高的服务质量需求之间矛盾深化，传统的分层结构的弊端也逐渐展现。此外，更快的传输速率和更高的移动速度，使信道环境变得更加复杂，如何提高链路性能成为了当前无线通信研究的热点问题之一。利用跨层设计的链路自适应机制允许物理层和数据链路层进行信息交互，将上述两层作为一个整体进行设计，可以在保证用户服务质量的限制下，提高频谱利用率。在链路自适应技术中，自适应调制编码（AMC）和自动重发请求技术（ARQ）最为常用。本论文主要讨论使用这两种技术的跨层链路自适应方案，分别研究了物理层调制编码方式选择门限和物理层平均误包率的优化问题，以达到优化频谱效率和无线链路吞吐量的目的。本论文首先介绍了结合AMC与ARQ技术的跨层设计，将该跨层设计方案分别与只使用AMC和只使用ARQ技术的方案进行了性能比较，并提出了两种新的提升平均频谱效率的跨层方案。其次，本论文考虑数据链路层队列长度有限对吞吐量的影响，使用一个有限状态马尔科夫链模型，将AMC技术与队列动态进行交互，得到实际平均吞吐量的表达式；然后引入了一个AMC方案与数据链路层队列结合的跨层设计方案，并分析了该跨层设计方案中优化物理层平均误包率对平均吞吐量带来的增益。最后，本论文将ARQ技术嵌入AMC与队列结合的跨层设计方案中，提出了一个基于信道状态和队列状态共同选择调制编码方式的跨层方案，该方案能有效提高平均吞吐量。