CN106789034B - 一种基于本振光的连续变量量子密钥分发系统数据同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于连续变量量子密钥分发本振光的数据同步方法，用于高效，快速地完成发送端与接收端之间的数据同步。不同于现有的在密钥数据中插入同步序列对信号光进行调制的方法，本发明通过对连续变量量子密钥分发系统中的本振光调制实现数据同步。包括以下步骤：步骤1发送端生成数据同步序列以及数据同步监测序列；步骤2接收端通过本振光进行同步序列的匹配，完成数据同步；步骤3接收端通过本振光进行同步监测。本发明通过在本振光上加载信息实现数据同步，克服了现有基于数据调制的数据同步方法中数据利用低，成功率有限的缺点，对噪声干扰的容忍度极高，提升了系统的可靠性与效率。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输领域，特别涉及连续变量量子密钥分发数据传输同步技术，尤其是一种基于连续变量量子密钥分发本振光的高效数据同步方法。
背景技术
连续变量量子密钥分发技术是一种基于量子力学的基本原理，从物理理论上保证密钥分发的无条件安全的密钥生成技术。在连续变量量子密钥分发系统中，量子信号的能量十分微弱，因此在接收端获得的数据信噪比极低，实现收发两端数据同步成为一个难题。
现有的连续变量量子密钥分发数据同步技术是将同步信号插入数据调制序列中，对信号光进行调制，在接收端进行零差检测后进行判决。因此，数据同步信号的信噪比与连续变量量子密钥分发测量结果的信噪比基本相同。由于信噪比极低，所以对于这种数据进行同步判据的成功率极低，导致系统同步速率较慢。另一方面，为了提升同步判决的成功率，需要增加同步数据的数量，这样一来，调制数据的比重就会相应降低，使整个系统的数据利用效率降低。
为了高效地实现连续变量量子密钥分发通信双方的数据同步，我们提出了一种基于连续变量量子密钥分发本振光的高效数据同步方法。在连续变量量子密钥分发系统中，本振光功率较强，属于经典信号。通过将同步数据加载到本振光上相比于加载在信号光上，可以将最终探测得到的同步数据信噪比提升几个数量级。因此，高信噪比情况下同步数据的识别度将会大幅度提升，系统完成同步所需的时间也会大大减少。同时，由于信噪比的提升，使用极少的几个周期就可以实现接近百分之百的同步成功率，大幅度提升系统的数据利用率，相应地提升了系统的安全密钥率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对连续变量量子密钥分发中数据同步效率问题，本发明提出了一种基于连续变量量子密钥分发本振光的高效数据同步方法，是一种对连续变量量子密钥分发本振光进行同步数据调制，从而提升同步数据探测结果信噪比，实现高效的连续变量量子密钥分发数据同步。
(二)技术方案
本发明提供的一种基于连续变量量子密钥分发本振光的高效数据同步方法，包括三个步骤
步骤1：发送端生成数据同步序列以及数据同步监测序列；
步骤2：接收端通过本振光实现同步序列的匹配，完成数据同步；
步骤3：接收端通过本振光进行同步监测。
上述步骤按照顺序依次进行。
所述的适用于数据同步序列的生成方法，是指生成合适的同步以及同步监测序列，加载到本振光上生成光脉冲序列，步骤1包括如下步骤：
步骤1a：根据幅度调制器的响应参数，选取合适的电压作为同步、同步监测以及脉冲调制信号；
步骤1b：将同步序列置于脉冲调制信号首部，并根据发送数据的速率选择一定的周期在脉冲调制信号中插入同步监测序列；
步骤1c：将同步、同步监测以及脉冲调制信号，通过幅度调制器调制生成光脉冲序列，通过分束器将光脉冲序列分为两部分，一部分作为信号光，一部分作为本振光；
步骤1d：对发送数据进行计数，计数值为同步监测序列个数加1。
其中，所述步骤1a中同步序列的调制电压为m位不同于脉冲调制信号的电平序列，特别地可以设置为高、中、低电平依次排列的调制信号，通过幅度调制得到的响应结果为m位不同于光脉冲信号的光信号序列；所述步骤1a中同步监测序列的调制电压为位不同于脉冲调制信号的电平序列，特别地可以设置为高、中、低电平依次排列的调制信号，通过幅度调制得到的响应结果为n位不同于光脉冲信号的光信号序列。
所述的接收端通过本振光实现同步序列的匹配，完成数据同步，是指对本振光脉冲进行检测，匹配同步数据序列，步骤2的具体方法为：接收端对本振光按照一定比例分束，对其中一部分探测，获得电信号。对获得的电信号进行匹配判决或阈值判决。判决成功时产生同步成功标志位，同时开始计数器置1。
所述的匹配判决为连续监测到m位预设的同步序列电平，即认为是同步序列。所述的阈值判决，对m位数据进行求和运算，与阈值比较，在阈值范围内时即认为是同步序列。
所述的接收端通过本振光进行同步监测，是指完成数据同步后，对本振光脉冲进行检测，对数据同步情况进行实时监测，步骤3的具体方法为：接收端对本振光按照一定比例分束，对其中一部分探测，获得电信号。按照出入监测信号的周期对获得的电信号进行匹配判决或阈值判决。每检测到一个监测序列，计数器计数加1。判决失败时产生同步错误标志位，并停止计数，并将计数值传给发送端。
所述的匹配判决为连续监测到n位预设的同步序列电平，即认为是同步监测序列。所述的阈值判决，对n位数据进行求和运算，与阈值比较，在阈值范围内时即认为是同步监测序列。
(三)有益效果
本发明通过在本振光上加载同步数据信息，提升了同步数据探测结果的信噪比，可以有效提升连续变量量子密钥分发系统的数据同步效率与数据利用率，进而提升系统的安全密钥率。
本发明仅利用一小部分本振光实现数据同步，不会影响系统的正常工作。其中使用的器件为常用的商用化器件，易于实现和集成，不会增加系统的复杂程度。
附图说明
图1为本发明的发送数据时序结构
具体实施方式
本发明通过在本振光上加载数据同步信息，从而高效实现连续变量量子密钥分发数据同步，具体步骤如下：
1.发送端选取合适的电压5V，3.5V以及0V作为同步、同步监测的高、中、低调制电压，5V以及0V作为脉冲调制信号的电压。脉冲调制信号的占空比为10％。将30位的同步序列置于脉冲调制信号首部，每发送100M调制数据，在脉冲调制信号中插入一个15位同步监测序列。将同步、同步监测以及脉冲调制信号，通过幅度调制器调制生成光脉冲序列，通过分束器将光脉冲序列按照10/90分为两部分，10％的部分作为信号光，90％的部分作为本振光。对发送数据进行计数，每发送一个同步监测序列，计数值加1。
2.接收端对本振光按照10/90的比例分束，对10％的部分探测，获得电信号。对获得的电信号进行阈值判决。对每30位数据进行求和运算，与阈值比较，在阈值范围内时即认为是同步序列判决成功时产生同步成功标志位，同时开始计数器置1。
3.在数据同步成功后，接收端对本振光按照10/90的比例分束，对10％的部分探测，获得电信号。对获得的电信号进行阈值判决，对15位数据进行求和运算，与阈值比较，在阈值范围内时即认为是同步监测序列。每检测到一个监测序列，计数器计数加1。如果在第200个监测序列时判决失败，产生同步错误标志位，并停止计数，并将计数201传给发送端。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (2)
1.一种基于连续变量量子密钥分发本振光的高效数据同步方法，其特征在于，包括：
步骤1：发送端生成数据同步序列以及数据同步监测序列，具体包括如下步骤：
步骤1a：根据幅度调制器的响应参数，选取合适的电压作为同步、同步监测以及脉冲调制信号；
步骤1b：将同步序列置于脉冲调制信号首部，并根据发送数据的速率选择一定的周期在脉冲调制信号中插入同步监测序列；
步骤1c：将同步、同步监测以及脉冲调制信号，通过幅度调制器调制生成光脉冲序列，通过分束器将光脉冲序列分为两部分，一部分作为信号光，一部分作为本振光；
步骤1d：对发送数据进行计数，计数值为同步监测序列个数加1；
步骤2：接收端通过本振光实现同步序列的匹配，完成数据同步，具体方法为：接收端对本振光按照一定比例分束，对其中一部分探测，获得电信号，对获得的电信号进行匹配判决或阈值判决，判决成功时产生同步成功标志位，同时开始计数器置1，所述的匹配判决为连续监测到m位预设的同步序列电平，即认为是同步序列；所述的阈值判决，对m位数据进行求和运算，与阈值比较，在阈值范围内时即认为是同步序列；
步骤3：接收端通过本振光进行同步监测，具体方法为：在数据同步成功后，接收端对本振光按照一定比例分束，对其中一部分探测，获得电信号，按照出入监测信号的周期对获得的电信号进行匹配判决或阈值判决，每检测到一个监测序列，计数器计数加1，判决失败时产生同步错误标志位，并停止计数，并将计数传给发送端，所述的匹配判决为连续监测到n位预设的同步序列电平，即认为是同步监测序列；所述的阈值判决，对n位数据进行求和运算，与阈值比较，在阈值范围内时即认为是同步监测序列；
上述步骤按照顺序依次进行。
2.根据权利要求1所述的基于连续变量量子密钥分发本振光的高效数据同步方法，其特征在于，所述步骤1a中同步序列的调制电压为m位不同于脉冲调制信号的电平序列，特别地可以设置为高、中、低电平依次排列的调制信号，通过幅度调制得到的响应结果为m位不同于光脉冲信号的光信号序列；所述步骤1a中同步监测序列的调制电压为位不同于脉冲调制信号的电平序列，特别地可以设置为高、中、低电平依次排列的调制信号，通过幅度调制得到的响应结果为n位不同于光脉冲信号的光信号序列。
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