近年来,人们对高速、大容量传输系统的需求的日益增加,相干通信技术的研究已经成为了光通信领域的主流。同时,伴随着相干探测技术和高速模数变换器（ADC）等数字信号处理技术的飞速发展,人们对基于现场可编程门阵列（FPGA）的相干光通信系统的研究也越来越重视。目前,基于数字信号处理（DSP）的高速实时化并行算法已经成为人们研究和扩展的重点。本文主要完成相干光通信系统中载波相位恢复（CPR）算法（包括频率偏移估计（FOE）算法和载波相位估计（CPE）算法）的实时化,同时综合对比各类CPR算法的性能和资源量情况。本文的主要研究内容包括:（1）详细介绍QPSK相干接收系统组成,对CPR算法的国内外现状进行了调研和分析,将CPR算法分为基于复数运算和基于角度运算两种类型,选取其中具有代表性的Viterbi-Viterbi相位估计（VVPE）算法和重心相位估计（BCPE）算法进行原理分析和对比研究。（2）首次综合对比了复数域VVPE算法和角度域BCPE算法,并进行了10GBaud QPSK系统下的仿真性能研究。发现在相同系统环境下,对于FOE算法,复数域算法与角度域算法有相近的恢复性能和频率补偿范围;对于CPE算法,VVPE算法比BCPE算法对抗加性噪声的能力更强、出现周期滑动的概率更低。在无周期滑动时,两个算法性能相近;在有周期滑动时,VVPE算法出现周期滑动的位置比BCPE算法出现周期滑动的位置,接收功率低约1dB。BCPE算法要取得和VVPE算法相近的恢复性能,BCPE算法的均值滤波器长度约是VVPE算法均值滤波器长度的2倍。（3）在2.5GBaud和10GBaud QPSK离线实验系统中,对各类CPR算法的恢复性能进行了验证,结果表明对于2.5GBaud的QPSK系统,优化均值滤波器长度后,两种算法的接收灵敏度均为-52dBm@1×10-3,VVPE算法和BCPE算法分别在接收功率为-54dBm和-53dBm时产生周期滑动;对于10GBaud的QPSK系统,优化均值滤波器长度后,两种算法的接收灵敏度均为-47dBm@1×10-3,BCPE算法在接收功率为-52dBm时产生周期滑动。（4）完成复数域和角度域CPE算法的Verilog编程,优化了算法的并行路数和输入位数,并对比了硬件资源量。离线实验结果表明,对于并行路数为64的10GBaud QPSK系统,VVPE算法在输入信号位数为8位、BCPE算法在输入信号位数为16位时,接收灵敏度均为-51dBm@2×10-2,BCPE算法相对VVPE算法,硬件查找表资源降低了约6%。（5）基于 Xilinx 公司的 Virtex Ultrascale+FPGA 完成了10GBaud QPSK系统复数域和角度域CPR算法的实时化,并进行在线实验验证,结果表明两种CPR算法的实时接收灵敏度为-44.5dBm@1×10-3,BCPE算法在接收功率为-46dBm时产生周期滑动。