当前,正处于电信行业进行数字化转型的关键时期。光传输网作为现代化通信骨干网络,成为了此次转型的重中之重。大容量和长距离是光传输系统永恒的主题。由于光纤光缆的投资成本高、建设周期长以及铺设困难等因素,升级调制格式就成为应对当前光通信挑战的有效措施之一。一方面,为了缓解传统二维调制中谱效率和渐进功率效率之间的矛盾,四维调制成为了当下研究的热点。它联合调制光场中的X、Y两偏振态(每个偏振态都包含同相和正交分量),可以从四个维度上对星座点集进行优化。其中,基于球填充的四维调制格式,由于其星座点选自四维空间中经球填充理论得到的晶格点,在保证星座点间最小欧式距离最大化的同时使星座点集的排列更为密集。因此,基于球填充的四维调制格式与相同谱效率的其他四维调制格式相比,往往具有更低的平均符号能量和更高的渐进功率效率。另一方面,网格编码调制技术将编码与调制进行联合设计。集合划分是网格编码调制的核心,它通过对星座点集划分子集来增加星座点间的欧式距离。之后,经卷积编码与分集映射来选择不同子集并映射。这样,在有效提高接收端灵敏度的同时获得编码增益。现有的四维网格编码调制都是基于正交幅度调制(QAM)星座图。而对于性能更优的球填充四维调制格式,由于其星座点排布较复杂,还没有对应有效的集合划分方法,也就无法实现网格编码调制。因此,本文提出了基于球填充的四维网格编码调制技术,并开展了如下研究工作:1.以目前光传输技术面临的挑战为背景,论述基于球填充的四维调制和网格编码调制的优势,并探究了基于球填充的四维网格编码调制技术的重要意义。2.介绍了四维调制的承载技术和衡量性能参数。列举了典型的四维调制格式。对球填充四维调制的关键步骤及性能优势作出了较为详细的叙述。3.对网格编码调制技术的基本思想做了深入的分析。从星座图的集合划分、发送端的卷积编码与分集映射以及接收端的子集译码与维特比译码过程进行了详细的介绍。最后,总结了现有的四维网格编码调制格式。4.提出了基于球填充的四维网格编码调制技术。首先,对球填充四维星座点集进行了特征分析。其次,根据星座点集里影响接收端判决的关键因素——星座点间最小欧式距离和平均最近邻点个数——确定了集合划分的原则。在此基础上,制定了集合划分的步骤并对过程进行了详细叙述。通过对比划分前后星座点集中的各参数,证明此集合划分方法有效。之后,选定适当的卷积编码与分集映射方案,并完成接收端的子集译码和维特比译码过程,最终实现基于球填充的四维网格编码调制技术。5.搭建了基于球填充的四维网格编码调制系统并仿真验证。在相同星座点集和相同谱效率两种情况下进行了对比分析,结果表明球填充四维网格编码调制格式比常规的球填充四维调制格式所需的光信噪比和传输距离均有一定程度的改善。