随着无线通信技术的不断发展，CDMA低轨道(LEO)小卫星通信系统越来越受到重视。卫星信道多普勒效应造成的接收信号频率偏移是低轨道小卫星通信的特点之一。本文对大多普勒频移情况中，下行信号载波频率同步估计的相关技术进行了研究。由于多普勒频移是低轨道小卫星信道传输的特点，首先从卫星移动信道的传输特性出发，分析了多普勒效应的形成及其特性，以及多普勒效应对传输信号的影响；在此基础上，根据最大似然准则的统计信号处理理论，对参数估计算法进行了分析，得到了接收信号参数估计的基本方法，为接收信号频率同步估计的设计打下理论基础；之后简要介绍了CDMA通信系统原理和信号模型，特别对同载波频率估计密切相关的扩频序列同步方法进行了分析；从多普勒载波频偏对CDMA接收信号的影响入手，设计了采用时延频率二维搜索辅助的反馈环路载波频率同步估计方法，对估计方法的算法结构性能进行了分析和仿真。所设计的载波频率估计方法，把频偏估计分成时间频率二维联合检测和后级剩余频率同步估计部分，通过串并结合的算法结构、选择合适的搜索算法以及有效增大频率间隔等方法来实现在大多普勒偏移情况下的载波频率估计，具有较低的平均检测时间性能，并达到减小捕获误差的目的，而且系统实现相对简单。