本发明公开了一种载波相位估计和补偿方法及系统，其中方法包括以下步骤：获取接收信号，从所述接收信号提取样本信号；获取目标星座图的第一概率分布的信息，结合样本信号和第一概率分布的信息估计第一相位信号，根据第一相位信号获得最终相位信号；根据最终相位信号对接收信号进行补偿，获得补偿接收信号；其中，样本信号在第一相位信号的补偿下，样本信号的第二概率分布与第一概率分布之间的KL散度信息变小；所述KL散度信息包括KL散度和/或交叉熵。本发明相比传统BPS有较低的复杂度，相比已有的卡尔曼滤波和主元分析有更优的补偿性能，可广泛应用于通信领域。