提出一种基于训练序列相位差+调频Z变换（CZT）的两级频偏估计算法。该方案采用设计的时域训练序列块并结合块内和块间多次平均平滑噪声影响，以较低开销实现频偏的稳定粗估计，并进一步基于第一级频偏粗估计设定第二级CZT估计范围，以较低计算复杂度完成最终高精度频偏估计。三载波128 GBaud 偏振复用十六进制正交幅度调制（PM-16QAM）超奈奎斯特（FTN）波分复用（WDM）系统的仿真结果表明，加速因子为0.95、0.90、0.85时，所提算法训练开销仅为1.56%，即可实现-8~8 GHz范围内的稳定频偏估计，残余频偏分别为2、2.5、3 MHz左右。与估计精度基本相当的传统盲四次方FFT频偏估计算法相比，所提算法的总体计算复杂度显著降低，约为传统算法的8%。

提出一种有效的幅度相位键控(APSK)调制信号载波频偏估计算法。该算法针对定时同步后的信号数据, 根据APSK调制信号星座图数据点幅度半径不同的特点, 将星座图上幅度半径最小的数据点保留, 其余幅度半径较大的数据点的值均置零。对置零处理后的数据进行4次方谱线提取, 从而估计信号的载波频偏。仿真试验表明该算法计算复杂度低, 具有很强的实用性。当数据量为500, 信噪比大于15 dB时, 频偏估计均方误差低于-80 dB。

为了解决星间激光通信不同步导致的信息质量差与解调难度大等问题, 针对滑动互相关算法帧同步易受载波频偏影响的不足, 采用计算仿真的方法分析了星间多普勒效应引起的载波频偏程度, 提出差分相关算法以实现帧同步与载波频偏估计, 并给出硬件实现方案, 分析了差分相关算法的帧同步与载波频偏估计性能。结果表明, 差分相关算法能够实现大载波频偏影响下的帧同步, 且具有较强的频偏估计性能, 采用差分相关算法后系统的误码性能提升近3dB。此结果说明, 差分相关算法是解决星间激光链路同步问题的有效方法。