多跳中继技术可以有效提升系统吞吐量并扩展通信覆盖范围，增强通信网络的抗衰落能力，受到了学术界和工业界的广泛关注。混合自动重传请求（HybridAutomaticRepeatreQuest，HARQ）协议结合了ARQ协议和前向纠错（ForwardErrorCorrection，FEC）技术的优点，可以有效提高译码准确性，广泛应用于无线通信场合中。多跳中继网络中采用HARQ协议可以进一步改善传输效率和可靠性，同时优化多跳无线网络的能量和频谱效率性能可以减少系统能耗、增强通信终端续航能力、提高频带利用率，是下一代通信系统设计的热点方向。本文针对多跳通信网络能量和频谱效率的最大化问题展开研究，重要的研究成果有：　　首先，基于对数域线性阈值模型，对于瑞利衰落信道下的多跳线性中继网络，给出了一种多跳CC-HARQ（ChaseCombiningBasedHybridAutomaticRepeatreQuest）协议平均误帧率的近似估计表达式，从而可结合调制编码方式、发送帧长等实际系统参数对能量和频谱效率进行跨层优化设计。　　第二，针对瑞利衰落信道中采用CC-HARQ协议的线性中继网络，提出了一种基于跨层设计的能量效率优化策略。首先给出了能量效率的闭合表达式，设计了最优发送帧长策略和最优发送功率分配方案；研究了发送帧长和发送功率的联合优化方案，提出了一种低复杂度的求解最优帧长和发送功率的交替迭代算法。仿真对比实验表明所提跨层优化设计方案可以有效提升实际多跳网络的能量效率，在两跳场景下联合优化方案可获得的最大能量效率为15.255bits/J，远高于发送帧长或发送功率的单一优化方案及传统固定帧长的等功率策略。　　第三，为提升系统的频谱效率性能，给出了多跳CC-HARQ协议频谱效率的闭合表达式，并设计了最优发送帧长与发送功率策略以及两者的跨层联合优化方案。研究表明，与能量效率优化不同，针对频谱效率优化，在功率约束条件下最优的发送功率仅与每跳的信道增益有关。在仿真中可以观察到采用跨层的优化策略后，多跳CC-HARQ中继网络的频谱效率也获得了显著提升。　　最后，考虑能量和频谱效率的折中优化情形，本文建立了归一化的能量-频谱效率折中模型，通过引入能量-频谱效率折中因子，设计了联合最优帧长与功率方案。针对联合优化的情形提出了交替迭代算法，仿真表明所提算法在保证系统性能提升的同时复杂度较低；利用能量和频谱效率的折中关系，可调节折中因子实现能量-频谱效率的增益转化，从而应用于指导实际通信系统的设计。