通信网对数据速率越来越高的需求以及频谱资源的限制要求在高数据速率信道中必须采用频谱效率高的调制方式比如正交幅度调制（QAM）。在通信系统中，由于收发两端本地振荡器频率的不一致，多普勒频移以及信道的时变特性等原因，导致收发两端存在载波频偏以及相偏，体现在QAM星座图上就是旋转的星座，这会大大降低接收机的性能。本文主要研究大频偏、低信噪比条件下的载波同步算法。首先对非数据辅助以及数据辅助这两类算法进行了详细介绍，并分析了它们各自的适用范围，接着对后向反馈和前向反馈这两种载波同步结构做了对比分析，然后在参考DVB-S2标准的基础上简要分析了导频结构的设计，并给出了导频辅助的载波同步整体框图。整个载波同步分为三个模块：频率粗同步模块、频率精同步模块以及相位同步模块，都采用前向反馈结构。在初始载波频率频偏0.2倍符号速率，信噪比范围0~10dB条件下对各个模块做了Matlab仿真，确定了相关的参数，为硬件实现打下了基础。硬件设计部分给出了各模块的实现框图，并对其中的子模块进行了优化，最后对硬件仿真的结果进行了分析，并给出了资源占用情况。Matlab以及硬件仿真结果表明选择的载波同步算法能够在低信噪比以及大的初始频偏下工作。