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传统大体型卫星的研发（Research and Development,R&D）往往需要成千上百个团队协同工作。开发周期通常很长而且成本也很高。小卫星的发展已成为一个热门的研究话题。世界各地许多国家和组织正在探索在近地轨道（Lower Earth Orbit,LEO）上的星群中部署一颗中型母卫星和数百个笔记本电脑大小的卫星,旨在开发更多应用,如情报侦查、战时通信恢复、合成孔径雷达等。在单一平台上只采用单一的编程语言和单一的开发工具的传统设计方法不能很好地满足大规模生产和短开发周期的要求。与可充电设备中的通信相比,小卫星通信系统在尺寸,重量和功率（Size,Weight,and Power,SWaP）以及硬件资源方面有更为苛刻的限制。此外,小卫星数量的急剧增加,较小的星间间距使得卫星的可用频谱更加拥挤。因此,解决这些问题就需要:（1）一种新的设计方法用来提高设计效率并能快速进行原型机验证,一个具有并行发收、动态调整速率和信号带宽并支持多种射频（Radio Frequency,RF）协议标准能力的平台。（2）改进的和优化的算法、简化的结构以及新的方案用来降低计算复杂度、硬件资源使用率和功耗。（3）工作在更高频段的收发机以提供更多的频谱。本文提出了多种方案以解决设计星间通信（Inter-Satellite Communications,ISCs）低功耗软件定义无线电（Software Defined Radios,SDRs）所面临的关键技术瓶颈和挑战。具体来说,本文的主要贡献可归纳如下:（1）提出了基于模型的设计（Model-Based Design,MBD）方法用以设计星间通信软件定义无线电。在传统的MBD框架上,增加了特殊流程,包括自动化代码生成、自定义知识产权（Intellectual Property,IP）核的部署以及环路测试,为星间通信软件定义无线电形成了一种特有的设计和实现方法。一方面,MBD方法中自动代码生成显著地提高了设计效率,缩短了开发周期并降低了成本。自定义知识产权核便捷的部署方法确保了软件定义无线电标准和功能的多样性。所提出的环路测试方案加速了原型机的构建。另一方面,MBD方法提供图形设计和可视化模型、支持多种编程语言、集成多种设计工具和调试环境,并允许软硬件协同设计以及可视化模块中嵌入自定义的硬件描述语（Hardware Description Language,HDL）模块,有助于发现早期潜在的设计错误。（2）基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）片上系统（System on Chip,SoC）的SDR平台使用MBD方法设计并实现了低功耗发射机原型机,其中基带处理器和发射机RF前端的总功率仅为4.6 W。通过将低密度奇偶校验（Low Density Parity Check,LDPC）码的奇偶校验矩阵变换为特殊的下三角矩阵并减少奇偶校验位生成器的数量,提出了一种改进的LDPC码编码硬件实现方法。基于此改进的方法,设计了新的LDPC编码器硬件实现结构,其中仅使用了一个奇偶校验位生成器。综合报告表明,使用改进编码方法的实现结构将功耗降低了0.522 W。（3）采用MBD方法设计并实现了低功耗接收机原型机,其中基带处理器和接收机RF前端的总功率仅为6.7 W。在自动增益控制（Automatic Gain Control,AGC）模块中,采用了一种简化的复信号幅度检测方案,并设计了相应的实现结构,有效地避免了大量的平方和开平方运算。在频率补偿模块中,提出了一种改进的Luise算法。通过近似加权系数以及对加法和乘法重新排序,提出并设计了一种改进的Luise算法实现结构,其中通过9比特移位操作来代替相应的乘法。此外,设计了一种全并行结构的简化LDPC译码器。综合报告表明,译码器的简化使得功耗降低了0.832 W。（4）针对小卫星星群系统提出了一种低功耗方案,其中研究了多址中继信道（Multiple-Access Relay Channel,MARC）下的联合网络LDPC码,并将其应用于星群系统中,以降低整个系统的传输功率。建立了一个中继模型,其中涉及了一个中继卫星,两个源卫星和母卫星之间的通信,并提出了相应的联合网络LDPC译码算法。通过将中继模型转变为具有一个直接链路和一个虚链路的双路径模型,进一步提出了一种基于最大比合并（Maximal Ratio Combining,MRC）方法改进的联合网络LDPC译码算法。此外,设计了中继卫星和母星相应的软件定义无线电结构。仿真结果表明,使用改进算法情况下所提出的中继模型在指定比特误码率（Bit Error Ratio,BER）为10-8时可将整个系统的传输功率降低45.04%。本文针对星间通信软件定义无线电的设计方法进行了详细的讨论。通过设计具体的收发原型机,证明了MBD方法设计软件定义无线电的巨大优势。同时,提出了多种策略、算法、实现结构和方案以减少硬件资源使用和降低功耗。总之,本文为星间通信低功耗软件定义无线电的设计提供了理论指导和设计方法。