频谱资源的日趋紧张是无线通信发展的一个瓶颈，如何突破这个瓶颈已经成为无线通信研究的热点。自适应调制(AM)技术不但能提高频谱利用率还可以提高无线通信数据传输速率，从上世纪末开始便成为无线通信研究的热点。然而以往对自适应调制技术的研究大多仅局限于物理层，很少结合其他层的相关参数。随着技术的发展，这种严格的分层设计已经不适合具有时变特性的无线通信。将相关的多层结合起来进行跨层设计(Cross-layer Design)已经成为解决由无线信道多变性引起的诸多问题的非常重要的方法之一。　　 论文首先从跨层设计的概念出发，简要介绍了跨层设计的概念、方法等。然后讨论了将物理层的AM技术与数据链路层的自动请求重传技术(ARQ)相结合的跨层设计，介绍了一种AM-ARQ的跨层设计方法，并指出了此方法中存在的缺陷和有待改进的地方。根据此方法存在的缺陷，论文着重介绍了对此方法的改进方案，将原方法没有考虑的信道估计误差引入跨层系统中。对改进后的方案进行了性能上的分析，推导出了平均频谱利用率的数学表达式。之后论文对改进后的方案进行了计算机仿真，仿真结果表明跨层设计系统在频谱利用率上要优于未采用跨层设计的系统。最后，论文将改进后的方案应用于MIMO-OFDM系统，并进行了仿真，仿真结果表明引入跨层设计后，MIMO-OFDM系统能在频谱利用率上具有更优越的表现。　　 3GPP的长期演进(LTE，Long-Term Evolution)标准要求对于速率和频谱效率的要求非常高，在物理层采用具有高速率和高频谱效率的MIMO-OFDM系统并且在该系统中采用自适应调制势在必行。本文的研究为进一步提高自适应调制以及MIMO-OFDM系统的频谱效率提供了一种方案，在未来3GPP的LTE中具有很好的应用前景。