短波通信是无线通信领域一个非常重要的方面,随着现代通信的发展,短波通信也向着自组织和网络化方向发展,在很多领域有着广泛的应用。协作通信应用于短波通信系统能够有效解决短波信道双选衰落的问题,并提高短波系统传输可靠性和通信容量,具有重要的研究价值。本文首先对短波通信和协作通信中的不同中继机制进行了研究。通过对短波通信基本传播形式的分析,选择利用基于空时编码的协作通信技术,初步设计了完整的短波协作通信系统。该系统主要考虑了不同短波传播方式对于具体应用环境的适应性,结合空时编码的节点协作机制,确定了短波协作通信系统不同协作阶段的短波传播方式,并设计了协作系统中各节点的编码方案。同时,依据典型短波信道参数,设计了短波OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)通信系统的系统参数。根据短波协作通信系统的设计,本文针对短波信道的时间和频率选择性衰落特点,设计了可变长的空时分组码同正交频分复用相结合的VLSTBC-OFDM(Variable Length Space Time Block Code OFDM)技术,并且在编码方案中引入了随机化编码,以适应短波中继节点的随机性,减少控制信息传输开销。论文在短波信道条件下将VLSTBC-OFDM同其他定长空时分组码的性能进行了仿真对比,结果表明,协作通信能够有效地提高短波通信系统的性能,并且可变长空时分组编码能够有效地适应短波信道的特点,具有较大的系统性能增益。协作同步技术是影响协作通信系统性能的关键因素。已有的协作同步算法在引入OFDM技术过后,能够在一定程度上对抗系统定时偏移。而在短波环境下,多径时延对采用OFDM技术的协作同步算法性能有极为明显的影响。本文提出了一种具有共轭对称特性的同步训练序列结构,基于此设计了可以有效对抗短波信道不利影响的同步算法。该算法对训练序列进行多级相关运算,在经过信号达到预警,确定精确同步位置等过程后,由训练序列的帧共轭对称性可确定唯一最大值,得到准确的同步位置,可以较大程度的消除多径带来的影响。论文对算法的定时测度进行了短波环境下的仿真分析,然后进行了算法整体性能的仿真验证,结果表明多级同步算法较之之前算法定时均方误差将降低3-5dB。