短波通信使用的频段是3M-30MHz,属于高频频段(High Frequency,HF),短波通信也因此称为HF通信,其利用电离层反射的天波传输可以实现远距离通信。由于短波具有对基建要求低、通信设备便携、可在恶劣环境下使用等优点,短波通信近些年重新得到了重视。在模拟通信方式下,模拟短波通信面临数据率较低、频带利用率较低等问题,因此数字化短波通信是未来的发展方向之一。数字化短波通信与新兴技术的结合可以提高短波通信的数据率和频带利用率,因此本文将短波通信与多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)技术相结合,在理论创新、仿真验证、实验测试等方面,为数字化短波通信提供了解决方案。首先,本文提出了集中式短波MIMO系统下基于正交极化波的信道统计学模型,该模型在极化域上验证了短波MIMO信道的容量增益。该统计学模型相比于传统的ray-tracing模型,在仿真使用中更便捷。本文验证了该模型的信道容量增益与理论上使用注水算法所得到的信道容量增益一致,并且当空中传输模式数目有限时,集中式短波MIMO存在容量上限其次,为了进一步提升短波MIMO的系统容量,分布式短波MIMO系统是解决方法之一。在分布式短波MIMO中,由于通信距离较远,短波信号碰撞较易发生,导致短波MIMO系统的数据率和频带利用率极大下降。本文使用了单天线碰撞解调算法和多天线碰撞解调算法解决了分布式短波MIMO系统中的信号碰撞问题保证了短波MIMO的系统性能。最后,为了搭建短波MIMO数字通信网,本文基于ICOM-718模拟短波电台,开发了一个数字调制解调平台和一套数字化短波通信方案,实现了利用模拟短波电台完成数字化短波通信的功能。本文所提出的平台和方案可以以较低的成本完成模拟短波电台的数字化改造,为未来部署短波MIMO数字通信网提供了解决方案。