短波通信受到信道特性复杂、稳定性差等因素的影响，系统容量较小，可靠性较差，限制了其在很多业务上的应用。MIMO技术可以有效解决这一问题，在发射端进行发射分集，在接收端实现多天线接收，提高无线通信系统链路的传输质量。在对短波MIMO通信系统进行设计与开发的过程中，需要考虑信道的传输特性，建立比较精确的信道模型，并且进行信道的仿真。信道模型及信道仿真的准确性将直接影响开发设计的短波通信系统的性能。因此，对于信道模型的搭建和仿真，是了解信道特性和进行系统开发的前提。同时在多天线的场景下，收发端之间待仿真的通信链路数目急剧增加，如何降低信道仿真的复杂度，提供快速准确的短波MIMO信道仿真模型，是本文待解决的第一个问题。短波MIMO通信系统可以支持多用户通信，从而为短波通信提供了新的应用场景。但是随着用户数目的增加，用户间干扰会影响到系统的性能。预编码技术能够有效消除用户间干扰，因而成为MIMO技术的研究热点。预编码技术利用信道状态信息在发端对信号进行预处理，使收端方便进行信号检测，降低用户间干扰，从而提高系统性能。由于短波信道带宽相对较窄，时延较长，难以对信道状态信息进行实时的反馈。如何在短波信道中提升预编码的性能，是本文待解决的第二个问题。文章在详细分析了短波在电离层中的传输特性和短波信道的特点之后，分别介绍了近年来基于链路层的传统短波固有特性传输方案和基于物理层的传统短波固有特性传输方案的科研进展，并针对这些传统短波固有特性方案目前还无法精确描述时延扩展、多普勒频移和多普勒频率扩展之间关系的缺陷，引出了基于信道统计特性的短波信道Watterson模型、Watterson加高斯随机延迟模型、子带并行模型和ITS模型几种典型的短波信道模型做了比较分析，选定以ITS短波信道模型为基础对短波信道建模方案进行改进。本文针对传统ITS模型中延时功率分布函数难于进行仿真实现的问题，提出了一种改进的时延功率分布函数表达式，新提出的分布函数仿真实现过程简单，并且和传统的ITS模型延时功率分布函数具有相近的统计特性。同时，本文根据改进的ITS短波信道模型，对中纬度和高纬度两处实测短波通信信道进行了建模实现，证明了本文提出的改进延时功率分布函数方案的有效性。在进行宽带短波信道仿真中，需要生成大量不相关单色高斯随机过程，本文基于传统的MEDS方法和补偿的思想，提出了一种新的正弦和仿真模型的参数计算方法：补偿精确多普勒频移法(CMEDS法)。对于Gaussian型功率谱，与现有方法相比，本文提出的补偿精确多普勒频移法提高了随机调制函数实现过程的效率和准确性。本文结合短波信道特征，研究了有限反馈预编码技术在多用户MIMO下行短波通信系统中的应用。针对短波信道中的时变特性和频移特性，本文建立了短波信道预测模型对信道进行估计与校准。同时本文也通过仿真分析了短波通信中多普勒频移和时变等信道特性对MIMO有限反馈预编码性能的影响。