CN104639316A - 量子密钥分发系统的信道自适应方法及基于其的qkd系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种量子密钥分发系统的信道自适应方法，在系统初始化阶段减少发送端对信号光的衰减，增大信号光的出口光强，然后开始系统初始化的过程，包括延时扫描和偏振反馈，使得系统初始化的过程完成，系统初始化完成后，将信号光的衰减恢复为默认衰减值对应的单光子水平，开始量子密钥生成的过程。本发明还提供一种基于该量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统。本发明优点在于：通过在系统初始化阶段自动评估并补偿信道衰减，以实现适当增大信号光强度的方法，使得系统初始化的过程能够顺利完成，使QKD过程能够快速有效地建立起来。该方法有利于QKD系统的组网运行，提高QKD系统的工作效率以及运行的稳定性和可靠性，提高QKD网络的整体性能。

Description

量子密钥分发系统的信道自适应方法及基于其的QKD系统

技术领域

本发明涉及量子通信领域，特别是提供了一种量子信道自适应的方法以及基于该方法的量子密钥分发系统，可以提高量子通信网络中QKD系统的工作效率以及运行的可靠性，具有量子密钥分发设备产品化及商用化方面的创新性和实用性。

背景技术

量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)作为量子通信领域中最贴近于实用化的一个方向，近几年取得了引人注目的进展，QKD网络的研究也随之大力开展开来。在QKD网络中，通常将用于传输信号光和同步光的信道叫做量子信道，将用于传输密钥协商信息等其他信息的信道叫做经典信道，量子信道与经典信道是相对而言的。本发明所述的信道自适应指的是量子信道自适应。

目前实用化的QKD网络中，采用光纤作为量子信道，采用BB84协议，采用偏振编码方式的QKD系统，该系统具有成码率高、终端设备稳定、易于互联互通等优点；但由于光纤的双折射效应，外界环境对光纤量子信道干扰影响较大，QKD系统工作过程中还需要进行偏振反馈。QKD系统在正式上线运行(启动工作)前，需要对同步光和信号光的光强进行设置。

一方面，同步光相对于信号光是强光，在实用化的QKD网络中，考虑成本及维护等因素，QKD系统的同步光光强一般设置为一固定的值，在系统运行过程中不对其进行调节。该同步光光强的设置，只要满足同步光在经过QKD系统能够支持的最大路径衰减后，仍然能够被接收端的同步光探测器正确地甄别到(没有丢失)即可。由于同步光探测器通常采用普通光电探测器，其对光强的容忍范围较宽，这样即使QKD网络中节点间的路径衰减较小，采用该固定光强的同步光仍然能保证系统的正常工作。所述的路径衰减，是指节点间量子信道的路径衰减，或称信道衰减。

另一方面，QKD系统的安全性要求系统进行密钥生成时，需要使用单光子信号。现有的做法是系统发送端根据计算好的理论值，设置信号光激光器的衰减值，将信号光衰减到单光子水平，即每脉冲的平均光子数小于1。这个衰减值设置后就保持不变，通常称为默认衰减值。QKD系统启动工作后，每个阶段使用的信号光都是这样经过强衰减得到的弱光信号。

现有技术中QKD系统的工作流程如图1所示，QKD系统启动后，首先进行系统初始化，系统初始化完成之后，才能正式进入密钥生成的阶段。系统初始化主要包括两部分：延时扫描和偏振反馈。延时扫描的过程一般是指，系统发送端按照固定的频率发送包含不同偏振态的信号光，系统接收端通过调节单光子探测器的门控信号的延时，使得单光子探测器的开门时刻与信号光光子的到达时刻在时序上达到一致，从而保证探测器能够正确的探测到光子。当在一定时间内，探测器的计数达到最大时(出现了扫描峰值)，也即探测器门控信号的延时调节到了最佳位置，延时扫描过程结束，此时系统接收端的单光子探测器能够最大程度的探测到信号光光子。偏振反馈的过程一般是指，系统发送端按照固定的频率发送只包含某一种偏振态的信号光光子，例如，只发送一路含水平偏振态(H偏振态)的信号光，由于信号光在光纤信道中传输时，其偏振态可能会发生较大改变，H偏振态可能会变成与其正交的垂直偏振态(V偏振态)，致使该信号被与V偏振态相对应的单光子探测器(V路探测器)探测到，从而引起系统误码率的增加，因此系统接收端需要对该路信号光的偏振态进行反馈调节，使得与H偏振态相对应的单光子探测器(H路探测器)的计数达到最大，而V路探测器的计数达到最小。

上述系统初始化的过程，是根据系统接收端单光子探测器对信号光的探测计数来进行反馈调节的。当QKD网络中某两个节点间路径衰减较大(但不超过QKD系统能够支持的最大路径衰减)，所发送信号光的出口光强为单光子水平的情况下，系统接收端单光子探测器的计数会很少，并且探测器存在一定的本底计数，这些因素会造成系统初始化的过程耗时增加，甚至系统初始化无法完成，即QKD系统不能很好的适应这两个节点间的量子信道，无法快速有效地建立起QKD过程。

现有QKD网络中各节点间的量子信道性能，由于实际环境的不同而存在较大差异，当某两个节点之间的信道衰减较大时，就会出现上述不能适应该量子信道的问题，这会造成QKD网络整体性能的下降。

现有的技术方案中，如专利号为US7242775B2的美国专利《Optical pulsecalibration for quantum key distribution》中提到一种QKD系统中校准光脉冲的方法，其方案是断开发送端和接收端之间的光路，并且使用光功率计测量发送端出口光强，然后在可调范围内调节可调光衰减器(VOA)的衰减值，记录发送的光功率和衰减值的设置之间的关系，并存储形成一个表，根据该表再手动调节VOA至合适的衰减值，即上文所述的默认衰减值，使得QKD系统发送端的出口光强衰减到预期的单光子水平，对应于信号光每脉冲的平均光子数小于1，例如为0.3。本发明专利申请的方案是在上述过程完成后，即信号光已衰减成单光子水平后，在不同的量子信道环境下，解决如何调节信号光强度，使得QKD系统能适应不同性能的量子信道，从而快速有效地建立起QKD过程的问题。

综上所述，现有技术中的缺点包括：

1、现有QKD系统在系统初始化阶段使用与量子密钥生成阶段相同强度的信号光，该信号光是已衰减至单光子水平的弱光信号，当QKD网络中某两个节点间信道衰减较大时，会造成系统初始化的过程耗时增加甚至无法完成，致使相应节点间的QKD过程不能快速有效地建立起来，QKD网络整体性能下降；

2、现有QKD系统不能自动适应路径衰减较大的量子信道，即不能做到信道自适应，不利于组网运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供量子密钥分发系统的信道自适应方法以及基于上述量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，使得系统初始化的过程能够顺利完成，使QKD过程能够快速有效地建立起来。

本发明通过以下手段解决上述技术问题的：一种量子密钥分发系统的信道自适应方法，是在系统初始化阶段减少发送端对信号光的衰减，增大信号光的出口光强，然后开始系统初始化的过程，包括延时扫描和偏振反馈，使得系统初始化的过程完成，系统初始化完成后，将信号光的衰减恢复为默认衰减值对应的单光子水平，开始量子密钥生成的过程。

作为上述方案的进一步改进，所述在系统初始化阶段减少发送端对信号光的衰减，增大信号光的出口光强是通过以下步骤实现的：首先确定出需要下发的补偿衰减值，然后将该补偿衰减值下发给QKD系统发送端，QKD系统发送端根据该补偿衰减值重新调整信号光的衰减。

确定出需要下发的补偿衰减值的方法可以采用以下三种的任一种：

第一种：

确定出需要下发的补偿衰减值的方法包括以下步骤：

步骤S1：QKD系统启动；

步骤S2：根据QKD系统的参数进行信道评估，建立起一张反映信道衰减值与探测器理论总计数值关系的第一表格，再根据第一表格，建立反映探测器实际总计数值与补偿衰减值关系的第二表格；

步骤S3：然后启动延时扫描，得到扫描峰值，根据扫描峰值，相当于探测器实际总计数值，查找上述第二表格，确定出需要下发的补偿衰减值。

该种技术方案，信道评估建立表格的过程，是在QKD系统启动后进行，这种情况适用各种型号及参数设置的QKD系统。

第二种：

确定出需要下发的补偿衰减值的方法包括以下步骤：

步骤S10：首先根据已知QKD系统的参数进行信道评估，建立起一张反映信道衰减值与探测器理论总计数值关系的第一表格，再根据第一表格，建立反映探测器实际总计数值与补偿衰减值关系的第二表格；

步骤S20：然后进行QKD系统启动；

步骤S30：启动延时扫描，得到扫描峰值，根据扫描峰值，相当于探测器实际总计数值，查找上述第二表格，确定出需要下发的补偿衰减值。

该方案的信道评估建立表格的过程，是在QKD系统启动工作前完成，在QKD系统启动工作前，事先结合已知的QKD系统的各相关参数，计算得到所述第一表格，并相应的建立第二表格，所述第二表格预先存储在QKD系统中，供其启动工作后使用。如果QKD网络中所使用的QKD系统的型号相同且具有统一的参数设置，则可通过该方法事先生成表格，这样QKD系统便无需具备相应的信道评估建立表格的功能，可以减少QKD系统对计算资源的需求；同时QKD系统又节省了相应的时间，提高了QKD系统的实际组网效率。

上述第一种和第二种方案中，所述的信道评估的方法具体如下：若QKD系统能够支持的最大信道衰减为YdB，则在0dB～YdB区间上，按照一定的取样间隔Δt，选取出一系列不同的信道衰减值(Δt，2*Δt，…，N*Δt，Y)，其中N为正整数，且满足N*Δt<Y≤(N+1)*Δt；然后根据与信道衰减相关的探测器计数统计公式，得到不同信道衰减值对应的探测器理论总计数值，进而建立第一表格。

进一步的，所述与信道衰减相关的探测器计数统计公式如下：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

相关参数说明如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)。

所述反映探测器实际总计数值与补偿衰减值关系的第二表格的建立过程如下：若探测器实际总计数值大于等于第一表格中最小单位的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取该最小单位的信道衰减值作为补偿衰减值；若探测器实际总计数值大于等于第一表格中相邻两档的相对大的信道衰减值对应的探测器理论总计数值以及小于相对小的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取两档中相对大的信道衰减值作为补偿衰减值。

第三种：

确定出需要下发的补偿衰减值的方法包括以下步骤：

步骤S100：QKD系统启动；

步骤S200：启动延时扫描，得到扫描峰值，将所得到的扫描峰值作为探测器理论总计数值X代入下述探测器计数统计公式：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

相关参数说明如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

然后结合已知的QKD系统的各相关参数，反推计算得到信道衰减值R，将所得到的信道衰减值R作为需要下发的补偿衰减值。

该种方法，相较于上述两种采用信道评估建立表格的方法，可以较准确的估计实际信道衰减值。

本发明还提供一种基于上述量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特点是能够适应不同路径衰减的量子信道，便于组建QKD网络。

进一步的，对应于上述三种量子密钥分发系统的信道自适应方法，本发明也提供了三种QKD系统。

第一种

基于上述第一种的量子密钥分发系统的信道自适应方法，该QKD系统主要包含控制模块、参数获取模块、信道评估模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块；

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作。

“参数获取模块”获取用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值、QKD系统能够支持的最大信道衰减值以及相关参数，并将默认衰减值输出给“衰减值设置模块”，将其他参数输出给“信道评估模块”。所述相关参数包括：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)。

“信道评估模块”接收“参数获取模块”输出的各个参数，当接收到来自“控制模块”发送的启动信号后，根据所述探测器计数统计公式建立第一表格和第二表格，并将第二表格输出给“衰减值计算模块”，然后反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”接收到来自“信道评估模块”的完成信号后，启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”根据所述扫描峰值和表格2，得到补偿衰减值，将该补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块，偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

优化的，该QKD系统中，所述建立第一表格和第二表格的方法具体如下：若QKD系统能够支持的最大信道衰减为YdB，则在0dB～YdB区间上，按照一定的取样间隔Δt，选取出一系列不同的信道衰减值(Δt，2*Δt，…，N*Δt，Y)，其中N为正整数，且满足N*Δt<Y≤(N+1)*Δt；然后根据与信道衰减相关的探测器计数统计公式，得到不同信道衰减值对应的探测器理论总计数值，进而建立第一表格；

所述与信道衰减相关的探测器计数统计公式如下：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n;$

所述第二表格的建立过程如下：若探测器实际总计数值大于等于第一表格中最小单位的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取该最小单位的信道衰减值作为补偿衰减值；若探测器实际总计数值大于等于第一表格中相邻两档的相对大的信道衰减值对应的探测器理论总计数值以及小于相对小的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取两档中相对大的信道衰减值作为补偿衰减值。

第二种

基于上述第二种的量子密钥分发系统的信道自适应方法，该QKD系统主要包含控制模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块；

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作；

“控制模块”启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”中存储有用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值和事先计算好的第一表格和第二表格，“衰减值计算模块”根据所述扫描峰值和第二表格，得到补偿衰减值，将默认衰减值和补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块，偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

优化的，该QKD系统中建立第一表格和第二表格的方法具体如下：若QKD系统能够支持的最大信道衰减为YdB，则在0dB～YdB区间上，按照一定的取样间隔Δt，选取出一系列不同的信道衰减值(Δt，2*Δt，…，N*Δt，Y)，其中N为正整数，且满足N*Δt<Y≤(N+1)*Δt；然后根据与信道衰减相关的探测器计数统计公式，得到不同信道衰减值对应的探测器理论总计数值，进而建立第一表格；

所述与信道衰减相关的探测器计数统计公式如下：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

相关参数说明如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

所述第二表格的建立过程如下：若探测器实际总计数值大于等于第一表格中最小单位的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取该最小单位的信道衰减值作为补偿衰减值；若探测器实际总计数值大于等于第一表格中相邻两档的相对大的信道衰减值对应的探测器理论总计数值以及小于相对小的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取两档中相对大的信道衰减值作为补偿衰减值。

第三种

基于上述第三种的量子密钥分发系统的信道自适应方法，该QKD系统主要包含控制模块、参数获取模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块；

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作；

“参数获取模块”获取用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值以及相关参数，并将默认衰减值输出给“衰减值设置模块”，将其他参数输出给“衰减值计算模块”，所述相关参数包括：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

5、n：单光子探测器的个数；

6、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

“控制模块”启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”，“衰减值计算模块”结合上述已知的QKD系统的各相关参数，反推计算得到信道衰减值R，并将该信道衰减值R作为需要下发的补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块，偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

优化的，该QKD系统中，“衰减值计算模块”结合上述已知的QKD系统的各相关参数，反推计算得到信道衰减值R的过程如下：

将所得到的扫描峰值作为探测器理论总计数值代入下述探测器计数统计公式：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

反推计算得到信道衰减值R。

需要说明的是，本发明讨论的是实际信道衰减不超出QKD系统能够支持的最大信道衰减的情况下，QKD系统如何实现信道自适应。若实际信道衰减很大，超过了QKD系统能够支持的最大信道衰减，则上述延时扫描过程将无法确定扫描峰值，QKD系统无法正常工作，此种情况不属于本发明所讨论的范围。

本发明优点在于：

1、通过在系统初始化阶段自动评估并补偿信道衰减，以实现适当增大信号光强度的方法，使得系统初始化的过程能够顺利完成，使QKD过程能够快速有效地建立起来，并且，系统初始化阶段没有进行量子密钥生成，所以适当在该阶段增加信号光的强度，不会对系统安全性带来威胁。

2、本发明所述的QKD系统能够自动适应不同的量子信道，有利于QKD系统的组网运行，可以提高QKD系统的工作效率以及运行的稳定性和可靠性，提高QKD网络的整体性能。

3、本发明自动完成对信号光强度的调节，不需要人工介入，不需要外部辅助测量设备，不需要断开原有链路，直接在系统调节。

4、本发明在系统初始化阶段对信号光强度进行调节时，一步可以完成，即一次性完成对信道衰减的补偿，实现效率高。

附图说明

图1是现有技术中QKD系统的工作流程图。

图2是本发明具体实施例一的QKD系统的工作流程图。

图3是本发明具体实施例三的QKD系统的工作流程图。

图4是本发明基于实施例一的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统的组成原理框图。

图5是本发明基于实施例二的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统的组成原理框图。

图6是本发明基于实施例三的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统的组成原理框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

请参阅图2，是本发明具体实施方式的QKD系统的工作流程图，一种量子密钥分发系统的信道自适应方法，包括下述步骤：

步骤1：开始；

步骤2：根据QKD系统的参数进行信道评估，建立起一张反映信道衰减值与探测器理论总计数值关系的表1，再根据表1，建立反映探测器实际总计数值与补偿衰减值关系的表2；

步骤3：延时扫描得到扫描峰值；

步骤4：根据扫描峰值，相当于探测器实际总计数值，查上述表2，确定需要下发的补偿衰减值；

步骤5：将该补偿衰减值下发给QKD系统发送端，QKD系统发送端根据该补偿衰减值重新调整信号光的衰减；

步骤6：系统初始化；

步骤7：判断系统初始化是否完成，如完成进入步骤8，否则，返回步骤6；

步骤8：恢复默认衰减值；

步骤9：开始量子密钥的生成。

所述步骤2中的信道评估的方法具体如下：若QKD系统能够支持的最大信道衰减为YdB，则在0dB～YdB区间上，按照一定的取样间隔Δt，选取出一系列不同的信道衰减值(Δt，2*Δt，…，N*Δt，Y)，其中N为正整数，且满足N*Δt<Y≤(N+1)*Δt；然后根据与信道衰减相关的探测器计数统计公式，得到不同信道衰减下的探测器理论总计数值。例如，当N＝4时，不同信道衰减下的探测器理论总计数值如表1所示。

表1

信道衰减值(dB)	探测器理论总计数值
		Δt	A
2*Δt	B
		3*Δt	C
4*Δt	D
		Y	E

再根据表1建立表2：

表2

探测器实际总计数值	补偿衰减值(dB)
		≥A	Δt
[B，A)	2*Δt
		[C，B)	3*Δt
[D，C)	4*Δt
		[E，D)	5*Δt

所述与信道衰减相关的探测器计数统计公式如下：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

相关参数说明如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)。

例如，QKD系统能够支持的最大信道衰减Y为15dB，其它参数取值如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数为0.475；

2、η:单光子探测器的探测效率为10％；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值为-3dB；

4、f：QKD系统工作频率为40×10⁶Hz；

5、n：单光子探测器的个数为4；

6、T_d：单光子探测器的死时间为10μs，即10×10^-6秒。

若取样间隔Δt选为3，即信道衰减值R依次取-3dB、-6dB、-9dB、-12dB、-15dB，则根据所述探测器计数统计公式可得到相应的探测器理论总计数值。实际中为了便于实现，对计算得到的探测器理论总计数值取成整数，若采用将探测器理论总计数值(十进制)的高2位之后进行四舍五入(例如28100，取为28000)的取整规则，可得到表3如下：

表3

3	220000
		6	150000
9	92000
		12	52000
15	28000

再计算表4如下：

表4

探测器实际总计数值(扫描峰值)	补偿衰减值(dB)
		≥220000	3
[150000，220000)	6
		[92000，150000)	9
[52000，92000)	12
		[28000，52000)	15

QKD系统执行延时扫描，得到扫描峰值，例如扫描峰值为60000；根据扫描峰值，查找表2，确定需要下发的补偿衰减值为12dB；将该补偿衰减值下发，用于调节信号光强度的衰减器在默认衰减值基础上减去12dB；然后，QKD系统开始系统初始化的过程；系统初始化完成后，将用于调节信号光强度的衰减器重新设为默认衰减值；随后，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

另外，所述补偿衰减值确定后，QKD系统记录下该补偿衰减值。当量子密钥生成的错误率较大时，QKD系统需要重新进行偏振反馈调节，此时可以直接下发该补偿衰减值，同样会有助于偏振反馈的顺利进行。

实施例二

该实施例二与实施例一的区别在于，在QKD系统启动后，无需步骤2的信道估计得到表的步骤，而是根据已知QKD系统的参数进行信道评估，事先计算好表1和表2，存储在QKD系统中，当QKD系统启动后，直接进行延时扫描得到扫描峰值的步骤3以及以下的步骤。

而根据已知QKD系统的参数进行信道评估的方法与实施例一相同。

实施例三

请参阅图3所示，该实施例的一种量子密钥分发系统的信道自适应方法，包括下述步骤：

步骤100：开始；

步骤200：延时扫描得到扫描峰值；

步骤300：将所得到的扫描峰值作为探测器理论总计数值X代入下述探测器计数统计公式：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

相关参数说明如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

然后结合已知的QKD系统的各相关参数，反推计算得到信道衰减值R；

步骤400：将所得到的信道衰减值R作为需要下发的补偿衰减值，将该补偿衰减值下发给QKD系统发送端，QKD系统发送端根据该补偿衰减值重新调整信号光的衰减；

步骤500：系统初始化；

步骤600：判断系统初始化是否完成，如完成进入步骤700，否则，返回步骤500；

步骤700：恢复默认衰减值；

步骤800：开始量子密钥的生成。

实施例四

本发明还提出一种基于上述实施例一的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特点是能够适应不同路径衰减的量子信道，便于组建QKD网络。

该QKD系统主要包含控制模块、参数获取模块、信道评估模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块，如图4所示。

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作。

“参数获取模块”获取用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值、QKD系统能够支持的最大信道衰减值以及所述探测器计数统计公式中的相关参数，并将默认衰减值输出给“衰减值设置模块”，将其他参数输出给“信道评估模块”。所述相关参数包括：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

其中所述探测器计数统计公式中的信道衰减值R可以通过以下方法获得：在0和QKD系统能够支持的最大信道衰减值YdB之间，按照一定的取样间隔Δt，选取出一系列不同的信道衰减值(Δt，2*Δt，…，N*Δt，Y)，其中N为正整数，且满足N*Δt<Y≤(N+1)*Δt。

“信道评估模块”接收“参数获取模块”输出的各个参数，当接收到来自“控制模块”发送的启动信号后，根据所述探测器计数统计公式建立表格1和表格2，并将表格2输出给“衰减值计算模块”，然后反馈完成信号给“控制模块”。

“控制模块”接收到来自“信道评估模块”的完成信号后，启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”。

“衰减值计算模块”根据所述扫描峰值和表格2，得到补偿衰减值，将该补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”。

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”。

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”。

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块。偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”。

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”。

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

实施例五

本发明还提出一种基于上述实施例二的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统。

该QKD系统主要包含控制模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块，如图5所示。其相对于实施例四的系统少了参数获取模块和信道评估模块，原因在于在QKD系统启动后，无需实时获取参数来进行信道估计得到表的步骤，而是根据已知QKD系统的参数进行信道评估，事先计算好表1和表2，存储在QKD系统的“衰减值计算模块”中，当QKD系统启动后，直接进行延时扫描得到扫描峰值的步骤3以及以下的步骤。

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作。

“控制模块”启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”。

“衰减值计算模块”中存储有用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值和事先计算好的表1和表2，“衰减值计算模块”根据所述扫描峰值和表2，得到补偿衰减值，将默认衰减值和补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”。

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”。

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”。

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块。偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”。

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”。

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

实施例六

本发明还提出一种基于上述实施例三的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统。

该QKD系统主要包含控制模块、参数获取模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块，如图6所示。

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作。

“参数获取模块”获取用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值以及所述探测器计数统计公式中的相关参数，并将默认衰减值输出给“衰减值设置模块”，将其他参数输出给“衰减值计算模块”。所述相关参数包括：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

5、n：单光子探测器的个数；

6、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

“控制模块”启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”，“衰减值计算模块”结合上述已知的QKD系统的各相关参数，反推计算得到信道衰减值R，并将该信道衰减值R作为需要下发的补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”。

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”。

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”。

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块。偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”。

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”。

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种量子密钥分发系统的信道自适应方法，其特征在于：在系统初始化阶段减少发送端对信号光的衰减，增大信号光的出口光强，然后开始系统初始化的过程，包括延时扫描和偏振反馈，使得系统初始化的过程完成，系统初始化完成后，将信号光的衰减恢复为默认衰减值对应的单光子水平，开始量子密钥生成的过程。

2.如权利要求1所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法，其特征在于：所述在系统初始化阶段减少发送端对信号光的衰减，增大信号光的出口光强是通过以下步骤实现的：首先确定出需要下发的补偿衰减值，然后将该补偿衰减值下发给QKD系统发送端，QKD系统发送端根据该补偿衰减值重新调整信号光的衰减。

3.如权利要求2所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法，其特征在于：确定出需要下发的补偿衰减值的方法包括以下步骤：

步骤S1：QKD系统启动；

步骤S2：根据QKD系统的参数进行信道评估，建立起一张反映信道衰减值与探测器理论总计数值关系的第一表格，再根据第一表格，建立反映探测器实际总计数值与补偿衰减值关系的第二表格；

步骤S3：然后启动延时扫描，得到扫描峰值，根据扫描峰值，相当于探测器实际总计数值，查找上述第二表格，确定出需要下发的补偿衰减值。

4.如权利要求2所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法，其特征在于：确定出需要下发的补偿衰减值的方法包括以下步骤：

步骤S10：首先根据已知QKD系统的参数进行信道评估，建立起一张反映信道衰减值与探测器理论总计数值关系的第一表格，再根据第一表格，建立反映探测器实际总计数值与补偿衰减值关系的第二表格；

步骤S20：然后进行QKD系统启动；

步骤S30：启动延时扫描，得到扫描峰值，根据扫描峰值，相当于探测器实际总计数值，查找上述第二表格，确定出需要下发的补偿衰减值。

5.如权利要求3或4所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法，其特征在于：所述的信道评估的方法具体如下：若QKD系统能够支持的最大信道衰减为YdB，则在0dB～YdB区间上，按照一定的取样间隔Δt，选取出一系列不同的信道衰减值(Δt，2*Δt，…，N*Δt，Y)，其中N为正整数，且满足N*Δt<Y≤(N+1)*Δt；然后根据与信道衰减相关的探测器计数统计公式，得到不同信道衰减值对应的探测器理论总计数值，进而建立第一表格。

6.如权利要求5所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法，其特征在于：所述与信道衰减相关的探测器计数统计公式如下：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

相关参数说明如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)。

7.如权利要求5所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法，其特征在于：所述反映探测器实际总计数值与补偿衰减值关系的第二表格的建立过程如下：若探测器实际总计数值大于等于第一表格中最小单位的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取该最小单位的信道衰减值作为补偿衰减值；若探测器实际总计数值大于等于第一表格中相邻两档的相对大的信道衰减值对应的探测器理论总计数值以及小于相对小的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取两档中相对大的信道衰减值作为补偿衰减值。

8.如权利要求2所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法，其特征在于：确定出需要下发的补偿衰减值的方法包括以下步骤：

步骤S100：QKD系统启动；

步骤S200：启动延时扫描，得到扫描峰值，将所得到的扫描峰值作为探测器理论总计数值X代入下述探测器计数统计公式：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

相关参数说明如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

然后结合已知的QKD系统的各相关参数，反推计算得到信道衰减值R，将所得到的信道衰减值R作为需要下发的补偿衰减值。

9.一种基于量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特征在于：采用如权利要求1至8任一项所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法。

10.一种基于权利要求3所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特征在于：该QKD系统主要包含控制模块、参数获取模块、信道评估模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块；

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作；

“参数获取模块”获取用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值、QKD系统能够支持的最大信道衰减值以及相关参数，并将默认衰减值输出给“衰减值设置模块”，将其他参数输出给“信道评估模块”，所述相关参数包括：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

“信道评估模块”接收“参数获取模块”输出的各个参数，当接收到来自“控制模块”发送的启动信号后，建立第一表格和第二表格，并将第二表格输出给“衰减值计算模块”，然后反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”接收到来自“信道评估模块”的完成信号后，启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”根据所述扫描峰值和第二表格，得到补偿衰减值，将该补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块，偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

11.如权利要求10所述的基于量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特征在于：所述建立第一表格和第二表格的方法具体如下：若QKD系统能够支持的最大信道衰减为YdB，则在0dB～YdB区间上，按照一定的取样间隔Δt，选取出一系列不同的信道衰减值(Δt，2*Δt，…，N*Δt，Y)，其中N为正整数，且满足N*Δt<Y≤(N+1)*Δt；然后根据与信道衰减相关的探测器计数统计公式，得到不同信道衰减值对应的探测器理论总计数值，进而建立第一表格；

所述与信道衰减相关的探测器计数统计公式如下：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

所述第二表格的建立过程如下：若探测器实际总计数值大于等于第一表格中最小单位的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取该最小单位的信道衰减值作为补偿衰减值；若探测器实际总计数值大于等于第一表格中相邻两档的相对大的信道衰减值对应的探测器理论总计数值以及小于相对小的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取两档中相对大的信道衰减值作为补偿衰减值。

12.一种基于权利要求4所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特征在于：该QKD系统主要包含控制模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块；

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作；

“控制模块”启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”中存储有用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值和事先计算好的第一表格和第二表格，“衰减值计算模块”根据所述扫描峰值和第二表格，得到补偿衰减值，将默认衰减值和补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块，偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

13.如权利要求12所述的基于量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特征在于：建立第一表格和第二表格的方法具体如下：若QKD系统能够支持的最大信道衰减为YdB，则在0dB～YdB区间上，按照一定的取样间隔Δt，选取出一系列不同的信道衰减值(Δt，2*Δt，…，N*Δt，Y)，其中N为正整数，且满足N*Δt<Y≤(N+1)*Δt；然后根据与信道衰减相关的探测器计数统计公式，得到不同信道衰减值对应的探测器理论总计数值，进而建立第一表格；

所述与信道衰减相关的探测器计数统计公式如下：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

相关参数说明如下：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、R：信道衰减值(单位为dB，取值为负)；

5、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

6、n：单光子探测器的个数；

7、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

所述第二表格的建立过程如下：若探测器实际总计数值大于等于第一表格中最小单位的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取该最小单位的信道衰减值作为补偿衰减值；若探测器实际总计数值大于等于第一表格中相邻两档的相对大的信道衰减值对应的探测器理论总计数值以及小于相对小的信道衰减值对应的探测器理论总计数值，则取两档中相对大的信道衰减值作为补偿衰减值。

14.一种基于权利要求8所述的量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特征在于：该QKD系统主要包含控制模块、参数获取模块、衰减值计算模块和衰减值设置模块；

“控制模块”控制QKD系统工作流程的运行，协调其他各模块的运行工作；

“参数获取模块”获取用于调节信号光强度的衰减器的默认衰减值以及相关参数，并将默认衰减值输出给“衰减值设置模块”，将其他参数输出给“衰减值计算模块”，所述相关参数包括：

1、γ：信号光每个脉冲的平均光子数；

2、η:单光子探测器的探测效率；

3、r：QKD系统内光学模块总衰减值(单位为dB，取值为负)；

4、f：QKD系统工作频率(单位为Hz)；

5、n：单光子探测器的个数；

6、T_d：单光子探测器的死时间(单位为秒)；

“控制模块”启动“延时扫描”模块，获取到扫描峰值，将该扫描峰值输出给“衰减值计算模块”，并发送启动信号给“衰减值计算模块”，“衰减值计算模块”结合上述已知的QKD系统的各相关参数，反推计算得到信道衰减值R，并将该信道衰减值R作为需要下发的补偿衰减值输出给“衰减值设置模块”，并发送启动信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”接收到所述默认衰减值、补偿衰减值和启动信号后，将默认衰减值减去补偿衰减值，得到需要设置的衰减值，基于该衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，然后反馈完成信号给“衰减值计算模块”；

“衰减值计算模块”接收到所述完成信号后，反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”接收到来自“衰减值计算模块”的完成信号后，首先启动“延时扫描”模块，延时扫描的过程完成后，再启动“偏振反馈”模块，偏振反馈的过程完成后，“偏振反馈”模块发送完成信号给“控制模块”，“控制模块”则发送启动信号和偏振反馈完成信号给“衰减值设置模块”；

“衰减值设置模块”收到启动信号，同时收到偏振反馈完成信号后，基于默认衰减值对用于调节信号光强度的衰减器完成设置，同样反馈完成信号给“控制模块”；

“控制模块”启动“密钥生成”模块，QKD系统开始量子密钥生成的过程。

15.如权利要求14所述的基于量子密钥分发系统的信道自适应方法的QKD系统，其特征在于：“衰减值计算模块”结合上述已知的QKD系统的各相关参数，反推计算得到信道衰减值R的过程如下：

将所得到的扫描峰值作为探测器理论总计数值X代入下述探测器计数统计公式：

每路探测器理论计数值X_i为

$X_i=\mathrm{\&gamma;}\&times;\mathrm{\&eta;}\&times;{10}^{(r+R)/10}\&times;f\&times;\frac{1}{n}$

探测器理论总计数值X为

$X=\frac{X_i}{1+X_i\&times;T_d}\&times;n$

反推计算得到信道衰减值R。