依靠短突发方式进行通信的领域(如军事通信、深空通信等)通常都存在这样一个现象:即通信双方存在着相对高速的移动。这样就会产生大多普勒(Doppler)频移,从而导致同步接收机无法正常工作,最终造成通信质量严重下降。针对这一问题,载波同步技术得到了广泛的应用。另外,为了提高通信系统的抗噪声能力,调制技术得以发展和应用,并成为了通信系统中不可或缺的部分。其中,相移键控(PSK)就是一种常用的调制技术,其调制和解调的方式简单,因而易于工程实现。那么,在大多普勒频移下,如何设计并利用好的算法(比如具备高精度和低复杂度等)实现短突发PSK通信中有效的载波同步是一个非常有意义的问题。本文研究了近些年国内外载波同步技术的发展及其应用。基于此,首先介绍了加性高斯白噪声(AWGN)信道下载波同步的一些基础概念(包括接收机模型、同步准则、同步模式和性能下界),讨论了PSK调制下接收信号的特性。其次,研究了几种常用数据帧结构(包括导频前置Pre、导频中置Mid和导频前/后置PP),针对它们的局限性提出了一种通用数据帧结构,该数据帧结构可以通过控制若干个参数(比如导频的块数及分配方式等)来较好地适应短突发通信。再次,基于该通用数据帧结构,推导了各同步模式(包括单纯数据辅助DA和非数据辅助NDA、联合DA-NDA)的载波参数估计克拉美罗界(CRB);理论分析并仿真了单纯DA及其联合同步模式的载波参数估计CRB性能,发现当数据长度与导频长度的比值较小时,应当选用单纯DA同步模式,否则,选用联合DA-NDA同步模式;同时讨论了载波参数估计CRB与数据帧结构的对称性关系,引入了对称数据帧结构的概念,当数据帧结构对称时,载波频偏估计CRB与相位估计CRB解耦合。然后,基于对称数据帧结构,研究了单纯同步模式的相位估计,提出了一种可消除(剩余)频偏影响的相位估计方法,并引入了前置/后置相位估计器的概念。最后,研究了载波同步中频偏估计算法的分类(包括快速傅里叶变换法、最小平方法、相位增量法和盲搜索法)及其原理,根据各类算法的特点,给出了各同步模式的算法选择;同时基于相位增量法,提出了两种新的频偏估计算法——两步频偏估计算法和解相位模糊的频偏估计算法;还深入研究了此类算法存在的相位模糊问题,提出了两种解决方法;另外以第一种算法为例讨论了其最佳实现和参数设置,仿真结果表明,与其他经典大频偏估计算法相比,该算法具有较高的估计精度和较低的复杂度,因而更加适合于短突发通信。