实现载波同步的方法主要有直接提取法和插入导频法。

发送端不专门向接收端传输载波，接收端直接从收到的已调信号中提取载波。直接提取法适用于抑制载波的双边带调幅系统、残留边带调幅系统和二相/多相调相系统。

直接提取法的理论基础是参数估计。利用直接法实现载波同步就是利用接收到的信号样本对载波频率和相位参数进行估计的过程。假设接收信号可表示为：

…（1）

式中为调制有发送数据符号的发送信号；为发送符号序列；为载波相位；为单边功率谱密度为的加性高斯白噪声。采用最大似然准则进行载波参数估计的似然函数可表示为：

…（2）

式中为观测时间区间。求的最大似然估计值等价为使接收信号与样本空间的互相关值最大。

从载波相位估计的实现结构看，可以把直接提取法载波同步技术分成两类：①基于锁相理论的闭环反馈同步技术。闭环反馈同步技术通过信息的反馈来不断调整锁相环路，以跟踪输入信号的变化，具有精度高，且能够无误差地捕获频偏和跟踪频偏变化的优点。②基于点估计的开环前馈同步技术。开环前馈同步技术在结构上没有反馈环，处理速度快，适合需要快速载波恢复的场合，如时分多址通信系统、跳频通信系统等突发载波调制信号的系统中。

图1为一种基于科斯塔斯环的闭环反馈载波同步原理框图。

图1 科斯塔斯环闭环反馈载波同步原理框图

科斯塔斯环又称同相正交环，图中的锁相环产生两路相位相差90º的正弦和余弦载波信号，并让它们各自与输入信号相乘后再滤除高频成分，得到输入信号与本地载波信号之间相位差的同相分量和正交分量，二者相乘即可得到相位差异的二倍分量。再经过环路滤波器、压控振荡器，即可将压控振荡器产生的本地载波锁定到输入信号载波频率和相位上。

科斯塔斯环是利用锁相环提取载波的常用方法。当环路正常锁定后，科斯塔斯环可直接获得解调输出。

图2为一种开环前馈结构的载波同步原理框图。

图2 开环前馈载波同步原理框图

输入已调信号与本地振荡器产生的两路相位相差90º的正弦和余弦载波信号分别相乘，再让它们各自输入后端的匹配滤波器完成信号匹配滤波。非线性处理器的功能是通过非线性处理（比如平方）消除调制信息对载波相位的影响，最后将同相分量和正交分量送入相位估计器，完成对载波频率和相位的估计。

发送端在发送信息的同时还发送载波或与其有关的导频信号。

插入导频法又分为以下两种：

①频域插入法。当已调信号本身不含载波或接收端很难从已调信号的频谱中分离出载波时，可在发送信号适当的频率位置上插入一个低功率的线谱（此线谱对应的时域正弦波称为导频信号），在接收端用窄带滤波器将它滤取出来，经过适当处理，就可得到相干载波。

图3为抑制载波的双边带信号中插入导频的原理框图。图中插入的导频是将载波移相90°后的“正交载波”。

图3 插入导频法框图（发送端）

图4为接收端提取插入的导频信号并与接收信号进行相干解调的原理框图。

图4 插入导频法框图（接收端）

频域插入导频的特点是插入的导频在时间上是连续的，即信道中自始至终都有导频信号传送。

②时域插入法。图5a为一种时域插入法示意图，在每一帧开始的一段时间内，依次发送载波同步信号、位同步信号和帧同步信号，之后再开始传送信息。同步信号周期发送，接收端可据此提取相干载波。根据系统设计的不同，时域插入导频法也经常配合锁相环来提取和保持相干载波，如图5b所示，从方法分类看也可以认为它是一种依赖数据辅助的直接提取载波方法。

图5 时域插入法

时域插入导频的方法在时分多址卫星通信中应用较多。时域插入导频方法只是在每帧的一小段时间内才出现导频信号，在没有导频信号的时间段内，通常还需要由本地环路维持产生载波信号。

直接提取法不发送导频信号，因此在相同发射功率条件下接收端可以获得更高的信噪比。直接提取法还可以防止插入导频法中导频和信号间由于滤波不好而引起的互相干扰，也不存在信道不理想引起导频相位误差等问题。

有些不能用直接提取法提取相干载波的调制系统（如单边带系统），只能用插入导频法。插入单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面可以利用它进行自动增益控制。但插入导频法要多消耗一部分不带信息的（发射）功率。因此，与直接提取法比较，在相同发射功率条件下接收端获得的信噪比要小一些。

通常直接提取法更方便，在数字通信系统中应用较多。

载波同步的评价指标包括：效率、精度、同步建立和保持时间。这些指标与提取的电路、信号及噪声的情况有关。当采用性能优越的锁相环提取载波时，这些指标主要取决于锁相环的性能。

①高效率是指为了获取载波信号而尽量减少消耗发射功率（直接提取法优于插入导频法）。

②高精度是指接收端提取的载波与需要的标准载波比较，应该有尽量小的相位误差。如需要的同步载波为，提取的同步载波为，就是相位误差。载波相位误差分为稳态误差和随机误差，稳态误差主要与提取电路有关；随机误差则是由随机噪声产生。

③同步建立时间指从开机或失步到同步所需要的时间；同步保持时间指同步建立后，若同步信号消失，系统还能维持同步的时间。越短越好，越长越好。