无线城域网(WMAN)技术是全球通信架构中的重要组成部分之一。作为一种面向WMAN的宽带接入方案,基于IEEE 802.16协议的WiMAX系统以其优异的性能和广阔的市场前景而倍受关注。本文着重研究了802.16d/e协议,针对协议特点提出了一种跨层优化结构,有效地实现了PMP模式下单小区的QoS保证,各类业务的QoS性能均得到一定的改善。文中首先概括了WiMAX系统的应用背景以及IEEE 802.16协议的发展现状。随后针对802.16d/e协议模型分析了QoS的基本实现,重点讨论了协议定义的QoS架构,并阐述了几种分组调度算法的原理。接着分析了跨层技术的原理及其在QoS保证中的应用,给出了针对802.16d/e的QoS保证而提出的跨层优化结构,并对上、下行链路中各功能模块进行了简单的描述。最后对该跨层结构中的映射、分片控制、准入控制和分组调度四个主要模块及关键算法进行了详尽的研究;提出了一种IP层到MAC层业务的映射规则,并通过监听调度队列状态实现了重映射,有效的辅助了缓冲管理,在不显著增加复杂度的同时提高了系统整体性能;利用MAC帧头的预留字段作为分片的标识实现分片控制,使得MAC层在处理分片时将同属一个IP包的分片作为一个整体对待,减少了无效数据处理的消耗;将SINR引入基于门限的准入控制,保证高优先级用户实时性要求的同时,兼顾了系统带宽分配的稳定性;采用两级分组调度结构,支持各类业务QoS要求,在一定程度上提高了算法的公平性。同时通过仿真实例证实了算法的有效性和优越性。