本论文主要提出一种基于并行运算的线性卡尔曼滤波(LKF)算法的载波恢复技术来对多种高阶调制格式进行相应的频偏和载波相位的估计与补偿,涉及到的高阶调制格式有16QAM、64QAM以及圆形16QAM;针对每种高阶调制格式对算法做出适当的修改,以达到最佳的载波恢复效果;并通过仿真手段来对算法的性能做出评估。根据16QAM调制信号提出一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)和并行运算的线性卡尔曼滤波级联的载波恢复方案。EKF对信号的频偏做出初始估计,利用少量信号数据就可以完成;然后利用LKF同时估算残余频偏和相位噪声,并且以数据块的形式来处理信息的,大大减少算法的运算量。针对所提算法,首先分析其最佳Q参数选择,以及讨论不同数据块长度对算法的影响;对所提出的载波恢复方案进行性能测试,其中频偏估计可以达到波特率的12.5%;给出了此方案对频偏漂移的追踪能力的仿真测试,最大追踪到的频偏漂移速度达到320 MHz/us。对于64QAM高阶调制信号,本文采用精度更好的快速傅里叶变换(FFT)算法作为频偏初估的算法。保留已有的并行的块状线性卡尔曼滤波。并进行了算法参数优化的讨论分析,以得到最佳优化参数,使得算法达到最佳效果。之后利用仿真继续测试所提算法在64QAM信号下的频偏估计性能和线宽的容忍度。针对两种不同分布形态的圆形16QAM信号,分别为(4,4,4,4)和(1,5,5,5);将M次方频偏估计算法与并行运算的块状LKF的载波恢复结合,对上述两种圆形16QAM进行载波恢复,方案能保证频偏估计较高的情况下,相位噪声容忍度也提高。在非线性传输场景下对上述载波恢复方案的有效性进行测试,文章利用VPI仿真软件搭建了双偏振光纤传输链路,得出在非线性传输下,利用所提方案能够对信号中的相位噪声进行补偿,给出16QAM信号的最佳入纤功率,以及最远传输距离可达到1388 km;讨论了在三种不同色散管理链路下的非线性传输性能,经过对仿真结果的比较得到在非色散管理下的16QAM比色散管理链路下的非线性容忍度高出一个数量级。因而选择DSP算法不仅在成本上占很大优势,性能也更好。本文提出的载波恢复算法能够很好地解决多种高阶调制格式的频偏与相位噪声的影响,并且算法具有计算复杂度低,运算速度快以及同时进行频偏与相位估计且频偏估计范围广等多个优点,具有较高的实际应用性。