高速铁路已经成为我国经济发展与战略布局的重要支点,是我国全球化战略的重要组成部分。信息通信网络作为高速铁路系统的神经中枢对高铁安全可靠运行发挥了保障性作用。然而,随着宽带多媒体数据业务的快速发展,现有高速铁路通信系统业务承载能力不足的问题日益突出,列车实时监控、旅客娱乐与商务应用等新型多媒体业务的传输需求无法得到满足,阻碍了高速铁路朝着更加安全、舒适的方向发展。为此,亟需对高速铁路场景中多媒体业务传输问题进行更为深入的研究。在高速铁路场景中,由于相邻车站间距长达数百乃至上千公里,高铁列车在出站转向提速后,将保持长时间的恒速平直运行状态。因此,列车在任意一时刻所处的里程位置可以预测,这是高铁移动通信系统与其他移动通信系统最为显著的区别。基于这一特点,可以预知高铁列车在任一时刻与轨道旁基站之间的距离,据此计算无线信号传播的大尺度路径损耗。除此之外,我国高铁列车运行的主要道路场景为高架桥场景。在高架桥场景中,轨旁基站与高铁列车之间的无线信号传播存在直射路径,可利用莱斯信道描述轨旁基站与高铁列车之间的无线信号小尺度衰落情况。综合上述两点,本文刻画出了符合高铁列车实际运行情况的无线传输信道模型与信道容量模型,为建立高铁移动通信系统中多媒体业务优化传输问题提供基础场景模型。在上述场景基础上,基于本文建立的各协议层资源状态模型,以跨层优化方法分别研究了多媒体业务中时延敏感类业务与时延受限类业务的传输问题。具体地,针对时延敏感类多媒体业务,以最小化发射机当前能量消耗为目标,引入等价速率约束法将MAC层数据包平均等待时延融入到物理层无线资源分配策略中,分别满足差异化业务的时延性能要求;引入李雅普诺夫漂移理论,基于DBP算法建立优化问题,最大化系统吞吐量,最小化MAC层平均队列长度,保证不同业务时延性能；仿真结果展现了两种资源分配模型的性能特点。针对时延受限类多媒体业务,以最小化发射机全局能量消耗为目标,引入图形化方法描述了业务数据到达与最低传输要求的累积容量线,在此基础上建立了优化发射机功率控制策略的数学问题,由于问题非凸且很难求解,本文利用传输模型的图形特点设计了启发式算法,并据此设计了online算法,仿真结果展示了不同算法的性能特点。