通信系统中的许多信号处理模块和算法，如功率控制、自适应调制和译码算法等，都需要信噪比作为先验知识，以获得最佳的系统性能。另外，接收端的定时同步，通过对信号准确采样而减少码间干扰和降低误码率，也是通信系统中的关键问题之一。信噪比估计和定时同步的方法目前有很多，本文主要研究基于最大似然的估计方法和基于EM(ExceptationMaximum)的参数估计方法，并结合译码得到的后验信息对参数估计进行迭代，这种基于码辅助的估计方法不仅估计精度较高，而且能适用于低信噪比环境中。通信传输距离非常遥远，接收端的信噪比极低，因此对于有高灵敏度要求的接收机，适应于低信噪比环境中的信噪比估计算法和定时同步方案的研究十分重要。本文针对信噪比估计和定时同步问题做了详细的研究，主要内容和创新点如下：第一部分，分别介绍了信噪比估计方法中DA(Data-Aided)和NDA(Non Data-Aided)下的基于最大似然思想的估计方法，重点阐述了NDA下的最大似然和基于EM的SNR估计方法，并在编码系统中结合译码软信息对SNR估计的迭代过程进行更新。最后结合深空通信的信道环境，将导频估计与码辅助联合起来，对SNR进行估计，在极低信噪比环境下得到了较好的估计性能。第二部分，主要研究了基于EM的定时同步估计算法，利用内插思想获得近似最佳采样点，并结合译码软信息对定时误差进行估计；最后给出深空通信中的定时同步方案，对低信噪比化境中易出现的“跳周”现象进行分析，给出了联合跳周检测的定时同步算法，并进行了仿真验证。