民航机场移动通信系统(Aeronautical Mobile Airport Communication System,AeroMACS)是新一代的航空场面宽带通信技术,它基于全球微波互通存取(Worldwide Interoperability for Microwave Access,WiMAX)标准,可以为机场宽带接入提供安全可靠的服务,满足航空交管和机场运作的移动通信需求。WiMAX标准能很好地应用在复杂的空港环境中,是最具潜力和研究价值的无线通信技术之一。而在恶劣的移动信道条件中,如何抵抗无线环境的时变和衰落特性,高效地利用频谱资源以提供高速的通信服务,是移动WIMAX技术中的研究重点和难点之一。本文以跨层思想为基础,围绕着提升系统吞吐量这一首要的优化目标,遵循着由理论基础到探索创新的研究思路,针对AeroMACS系统中的关键技术展开了深入的研究,主要包括:自适应调制编码技术(Adaptive Modulation and Coding,AMC),混合自动重传请求机制(Hybrid Automatic Repeat Request,HARQ),自适应MIMO切换方案(Adaptive Multiple input multiple output Switching,AMS)和移动场景下的信道预测算法。本文的研究工作和核心成果主要体现在如下几个方面:(1)研究WiMAX的协议规范以及关键技术,在Matlab中搭建WiMAX系统的仿真平台,在已有的WiM AX基本分层结构的基础上进行改进,提出一种结合AMC和自适应HARQ的跨层优化结构,系统可依据信道变化自适应地选择调制编码的传输模式以及最大重传次数,以提升全信噪比区间的频谱效率。(2)在建议的WiMAX跨层架构的基础上,从单天线系统的研究扩展到更大容量的MIMO系统,分析MIMO的信道模型和不同功率分配方式下的信道容量,研究空时分集和空时复用技术分别对系统可靠性和吞吐量的影响,提出一种基于最大吞吐量的自适应MIMO切换方案,在分集和复用技术之间取得折衷,兼顾了系统鲁棒性和吞吐量性能,在整个信噪比区间达到更大的吞吐量。(3)在跨层多天线的系统架构上,研究移动场景下的衰落信道模型,分析时变信道特性对自适应传输性能的影响及原因,引入最小二乘支持向量机(Least Square Support Vector Machine,LS-SVM)算法,提出一种改进的基于LS-SVM的信道预测方案,与传统的信道预测算法性能进行对比仿真,建议方案能实现系统吞吐量的提升,其有效性和优越性得以验证。