CN106936508A - 一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，包括分别连接在光纤通信传输系统发射端和接收端的发射部分和接收部分，所述发射部分和所述接收部分通过光纤连接；所述发射部分将来自所述光纤通信传输系统发射端的光信号进行处理和编码变换，转换为能量均衡的光编码信号后通过所述光纤传输到所述接收部分；所述接收部分将接收到的光编码信号通过与所述发射部分相对应的解码变换和处理后，转换为进入所述发射部分的光信号并传输到所述光纤通信系统的接收端。实施本发明的一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，具有以下有益效果：其安全、不易泄露通信内容，且成本较低。

Description

一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置

技术领域

本发明涉及光信号传输，更具体地说，涉及一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置。

背景技术

光纤通信系统是利用光波作为载体来传递信息的通信在发送端，把用户要传送的信号(如声音、数据等)变为电信号，调制到光源上，使发出的光强随电信号变化，把电信号变为光信号，利用光纤把该光信号传送到远方；在接收端，用光探测器接收光信号，进行解调，把光信号还原为携带用户信息(如声音、数据等)的电信号，再变成用户能理解的信息(如声音、数据等)。一般来讲，光纤通信系统通常由光发射机、光纤、光中继器和光接收机组成。光发射机的作用是把电信号转变为光信号注入光纤传输。光接收机的作用是把经光纤传输后的微弱光信号转变为电信号，对其放大并解调出原基带信号。光中继器的作用是对经光纤传输衰减后的信号进行放大。常规光纤通信系统都是采用非相干的强度调制-直接检测(IM/DD)方式，工作于OOK体制，采用开关键控(OOK，On-Off Keying)调制方式，即二进制启闭键控(OOK:On-Off Keying)，以数字光信号0和1来传递用户信息。在发送端，电信号直接调制(IM)光载波的强度；在接收端，光信号被光电二极管直接探测(DD)，从而恢复发射端的电信号。虽然现有技术中的上述传输方式也能够实现信息的传输，但是，在传输光纤出现光泄露的情况下，传输的信号能够被外部取得并取得传输的信息内容。因此，在现有技术中，光纤通信传输系统存在不安全、传输信息内容容易被盗取的缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不安全、传输信息内容容易被盗取的缺陷，提供一种安全、传输内容不易被盗取的一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，包括分别连接在所述光纤通信传输系统发射端和接收端的发射部分和接收部分，所述发射部分和所述接收部分通过光纤连接；所述发射部分将来自所述光纤通信传输系统发射端的光信号进行处理和编码变换，转换为能量均衡的光编码信号后通过所述光纤传输到所述接收部分；所述接收部分将接收到的光编码信号通过与所述发射部分相对应的解码变换和处理后，转换为进入所述发射部分的光信号并传输到所述光纤通信系统的接收端。

更进一步地，所述发射部分包括光信号处理单元、光调制单元、光编码变换单元和光合路单元；所述光信号处理将输入的光信号按照其表示的数据内容，分为分别代表数据1和数据0的两路光信号；所述光调制单元分别使用所述两路光信号分别对窄脉冲光信号进行调制，得到两路携带用户信息的光脉冲序列；所述光编码变换单元分别对所述两路携带用户信息的光脉冲序列进行编码变换；所述光合路单元将两路经过编码变换的光脉冲序列合路，得到能量均衡的编码光脉冲，并通过所述光纤输出得到的编码光脉冲。

更进一步地，对所述两路携带用户信息的光脉冲序列进行编码变换时，一路光脉冲序列选择的编码格式和另外一路选择的编码格式不相同。

更进一步地，还包括放大单元，所述放大单元连接在所述光信号处理单元和光调制单元之间，分别将所述光信号处理单元输出的两路光信号进行放大，并传输到所述光调制单元。

更进一步地，所述放大单元包括分别对所述两路光脉冲序列进行放大的第一放大模块和第二放大模块；所述光调制单元包括窄脉冲光源、第一调制模块和第二调制模块；所述光编码变换单元包括第一光编码变换模块和第二光编码变换模块；所述第一放大模块和第二放大模块的输入端分别与所述光信号处理单元的两个输出端连接，其放大后的光信号分别输出到所述第一调制模块和第二调制模块的调制信号输入端；所述窄脉冲光源分别为所述第一调制模块和第二调制模块提供载波信号；所述第一调制模块和第二调制模块的输出端分别与所述第一光编码变换模块和第二光编码变换模块的输入端连接；所述第一光编码变换模块和第二光编码变换模块的输出端分别连接在所述光合路单元的两个输入端上。

更进一步地，所述光信号处理单元通过光接收模块将输入的光信号转换为数据0和数据1的两路电信号，并分别利用电-光转换模块对上述两路电信号进行电-光转换出来形成两路光信号输出。

更进一步地，所述窄脉冲光源产生1个比特时延N分之一脉宽的码片光脉冲提供给第一调制模块和第二调制模块作为载波，N是调制模块连接的编码变换单元选用编码的码长；所述窄脉冲光源包括增益开关半导体激光器、超快光纤激光器或超连谱激光器。

更进一步地，所述编码和解码包括固定的编码和解码或可变化重构的编码和解码；其选择的码字包括双极性码的m序列、双极性码的Gold序列、单极性码的光正交码、素数码或代数同余码。

更进一步地，所述接收部分包括光解码单元和窄光脉冲接收单元；所述光解码单元将所述接收部分接收到的编码光信号解码，得到光脉冲序列并输出到所述窄光脉冲接收单元；所述窄光脉冲接收单元将所述光脉冲序列解调并处理，得到与输入到所述发射部分的光信号相同的光信号并输出。

更进一步地，所述窄光脉冲接收单元将解调后的得到的脉冲进行光-电转换、整形以及电-光转换，得到与输入到所述发射部分的光信号相同的光信号。

实施本发明的一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，具有以下有益效果：由于将光纤通信系统的发射端输出的光信号在发射部分转换为能量均衡的光编码信号，然后再进行传输，这样，即使在传输过程中出现光泄露，有意窃取通信内容者由于得到的是能量均衡的光编码信号，且不知道光编码的具体格式，因为该光编码信号没有明显的有光-无光的情况而没有办法取出其中的数据内容。同时，由于是在光纤通信系统的发射端输出光信号后对其进行变换，也不会对现有的光纤通信系统带来改变；因此其安全、不易泄露通信内容，且成本较低。

附图说明

图1是本发明一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置实施例的结构示意图；

图2是所述实施例中发射部分的结构示意图；

图3是所述实施例中发射部分的更具体结构示意图；

图4是所述实施例中接收部分的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明的一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置实施例中，该改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，包括分别连接在光纤通信传输系统发射端和接收端的发射部分1和接收部分2，所述发射部分1和所述接收部分2通过光纤连接；所述发射部分1将来自所述光纤通信传输系统发射端的光信号进行处理和编码变换，转换为能量均衡的光编码信号后通过所述光纤传输到所述接收部分2；所述接收部分2将接收到的光编码信号通过与所述发射部分相对应的解码变换和处理后，转换为进入所述发射部分1的光信号并传输到所述光纤通信传输系统的接收端。换句话说，在本实施例中，该改善光纤通信传输系统的安全性能的装置分为通过传输光纤连接的两部分，分别将光纤通信传输系统的光信号转换为能量均衡的光编码信号，并在通过传输光纤后将该光编码信号还原为光纤通信传输系统的光信号。这样，使得在传输光纤上传输的信号由原先的光纤通信传输系统的光信号变为能量均衡的光编码信号，使得即使在传输光纤出现光泄露的情况下，非法的接收者也不能得到光编码信号中的具体内容，因而实现了安全传输数据的效果。同时，这样的设置使得不需要对原先的光纤通信传输系统进行改变，只要在原先的光纤通信传输系统和传输光纤之间连接上该装置即可实现安全的传输，其成本较低，适用范围较广。一般来讲，现有的几乎所有光纤传输系统均可以使用该装置，例如，使用范围较为广泛的SDH光传输系统、以太网光传输系统等等。

请参见图2，在本实施例中，上述发射部分1包括光信号处理单元11、光调制单元13、光编码变换单元14和光合路单元15；所述光信号处理单元11将输入的光信号按照其表示的数据内容，分为分别代表数据1和数据0的两路光信号；所述光调制单元13分别使用所述两路光信号分别对窄脉冲光信号进行调制，得到两路携带用户信息的光脉冲序列；所述光编码变换单元14分别对所述两路携带用户信息的光脉冲序列进行编码变换；所述光合路单元15将两路经过编码变换的光脉冲序列合路，得到能量均衡的编码光脉冲，并通过所述光纤输出得到的编码光脉冲。值得一提的是，在本实施例中，在对所述两路携带用户信息的光脉冲序列进行编码变换时，一路光脉冲序列选择的编码格式和另外一路选择的编码格式不相同。也就是说，在本实施例中，上述代表数据1和代表数据0的光信号在分别对载波(窄脉冲光信号)进行调制后，得到两路光脉冲序列，光编码变换单元14分别对这两路光脉冲序列进行编码变换，这两路光脉冲序列进行的编码是不同的编码。在调制时，本实施例中优先采用的是调幅，当然，采用调频或调相也是可行的，但实施起来较为复杂。此外，在本实施例中，上述数据0和数据1是对于信号中的数据位而言的，对于数字信号来讲，其基本的组成部分是数据位，多个数据位构成一个字节，每个字或字节表示一定的含义，这样，接收到信号后就能得知该信号表示的意思。对于二进制系统来讲，每个字节中的为只有两种可能，分别为数据0和数据1。在本实施例中，就是将上述信号中的数据0和数据1分离开来，得到两路信号并分别进行处理。

在本实施例中，为了保证对窄脉冲信号的调制稳定，上述装置的发射部分还包括放大单元12，所述放大单元12连接在所述光信号处理单元11和光调制单元13之间，分别将所述光信号处理单元输出11的两路光信号进行放大，并传输到所述光调制单元13。

更具体而言，请参见图3，在本实施例中，所述放大单元12包括分别对所述两路光脉冲序列进行放大的第一放大模块121和第二放大模块122；所述光调制单元13包括窄脉冲光源131、第一调制模块132和第二调制模块133；所述光编码变换单元14包括第一光编码变换模块141和第二光编码变换模块142；所述第一放大模块121和第二放大模块121的输入端分别与所述光信号处理单元11的两个输出端连接，其放大后的光信号分别输出到所述第一调制模块132和第二调制模块133的调制信号输入端；所述窄脉冲光源131分别为所述第一调制模块132和第二调制模块133提供载波信号；所述第一调制模块132和第二调制模块133的输出端分别与所述第一光编码变换模块141和第二光编码变换模块142的输入端连接；所述第一光编码变换模块141和第二光编码变换模块142的输出端分别连接在所述光合路单元15的两个输入端上。

在本实施例中，上述光信号处理单元11通过光接收模块将输入的光信号转换为数据0和数据1的两路电信号，并分别利用电-光转换模块对上述两路电信号进行电-光转换出来形成两路光信号输出。而上述窄脉冲光源131产生1个比特时延N分之一脉宽的码片光脉冲提供给第一调制模块和第二调制模块作为载波，N是调制模块连接的编码变换单元选用编码的码长；所述窄脉冲光源包括增益开关半导体激光器、超快光纤激光器或超连谱激光器。

在本实施例中，和多数系统一样，其编码和解码是对应，其中，上述编码和解码包括固定的编码和解码或可变化重构的编码和解码；其选择的码字包括双极性码的m序列、双极性码的Gold序列、单极性码的光正交码、素数码或代数同余码。也就是说，在本实施例中，当编码选择固定的编码方式时，例如，选择一种码字，并始终都用这种码字，解码也采用固定的解码；而当编码是可变化重构的编码时，解码也采用相应的可变化重构解码，例如，编码时，一段时间采用第一种码字，超过这段时间采用第二种码字；解码时，也是一段时间采用第一种码字解码，而超过这段时间则采用第二种码字解码。这些都是事先设定的，通过对编码模块和解码模块的控制就能实现。此外，对于上述两路光信号的编码而言，采用不同的编码是指采用不同的码字或编码方式，例如，在上述两路光信号中，一路可以采用双极性码的m序列进行编码，而另一路则可以采用双极性码的Gold序列进行编码；一路可以采用固定编码方式，而另一路则可以采用可变换的重构编码方式等等。

图4示出了本实施例中接收部分2的结构示意图，在图4中，所述接收部分2包括光解码单元21和窄光脉冲接收单元22；所述光解码单元21将所述接收部分接收到的编码光信号解码(即上述的编码的逆过程)，得到光脉冲序列并输出到所述窄光脉冲接收单元22；所述窄光脉冲接收单元22将所述光脉冲序列解调并处理，得到与输入到所述发射部分的光信号相同的光信号并输出。其中，所述窄光脉冲接收单元22还将解调后的得到的脉冲进行光-电转换、整形以及电-光转换，以得到与输入到所述发射部分的光信号相同的光信号。

作为本实施例中的一个例子，下面说明本实施例中的安全防护装置在在常规的SDH光纤通信系统中应用，其目的是提高该系统的安全性。

SDH光纤通信防护系统由防护光发射机、防护光接收机构成，来自常规光纤通信系统光发射机的SDH光信号，进入防护光发射机后变成光编码变换信号，经光纤长距离传输，到达防护光接收机，再次转化为SDH光信号，进入常规光纤通信系统的光接收机，从而实现光信号的远距离安全传输。

防护光发射机由SDH光信号处理模块、光调制器及其放大驱动模块、窄脉冲光源、光编码变换器、光合路器组成。SDH光信号处理模块将SDH光信号转变为两路电信号，输出代表1和代表0的2路电信号分别经放大驱动模块，进入光调制器，调制由窄脉冲光源输入光调制器的超短光脉冲，获得携带用户信息的超短光脉冲序列，进入光码变换器进行光码变换，2路信号进行不同的码变换，产生类噪声。同时处理使代表1和代表0的二进制时间序列信号，变为分别代表1和代表0的2路信号，各路选用不同的光码，分别进行光编码变换，合路后的光编码变换信号序列无有光或无光之分，在能量上均衡了，使窃听者不能用能量探测器探测到，从而使系统具有防窃听的防护功能，保障信息的安全传输、

光编码变换器和光解码变换器对光信号进行全光信息处理，实现光编码和光解码，根据实际需求不同，有多种类型：包括固定的编码和解码，和可变化重构的编码和解码；采用的编解码技术包括一维时域、频域的编码和解码，包括二维时频域的编码和解码。码字有多种类型包括双极性码的m序列和Gold序列，单极性码的光正交码、素数码、代数同余码等。光编码变换器和光解码变换器的结构有多种类型，包括超结构光纤光栅、光纤光栅阵列、光延时线、可调光延时线、波导光栅阵列、波长选择开关等。窄脉冲光源产生1个比特时延N分之一脉宽的码片光脉冲，N为所选用码的码长，可达PS量级。窄脉冲光源有多种类型，包括增益开关半导体激光器、超快光纤激光器、超连谱激光器等。

而防护光接收机由光解码变换器、窄脉冲光接收机、SDH电信号处理模块组成。在接收端接，光纤信道上传输来的光编码变换信号，被防护光接收机中的光解码变换器进行光解码变换，进入窄脉冲光接收机还原为SDH电信号，再由SDH电信号处理模块转换为SDH光信号。如果光解码变换器与光编码变换器不匹配，则不能获得光信号，呈现的是噪声，从而，防止被窃听，保护了光信号的安全传输。

窄脉冲光接收机不同于常规的光接收机，它接收和处理的是归零的、码片级脉宽的窄光脉冲。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，包括分别连接在所述光纤通信传输系统发射端和接收端的发射部分和接收部分，所述发射部分和所述接收部分通过光纤连接；所述发射部分将来自所述光纤通信传输系统发射端的光信号进行处理和编码变换，转换为能量均衡的光编码信号后通过所述光纤传输到所述接收部分；所述接收部分将接收到的光编码信号通过与所述发射部分相对应的解码变换和处理后，转换为进入所述发射部分的光信号并传输到所述光纤通信系统的接收端。

2.根据权利要求1所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，所述发射部分包括光信号处理单元、光调制单元、光编码变换单元和光合路单元；所述光信号处理将输入的光信号按照其表示的数据内容，分为分别代表数据1和数据0的两路光信号；所述光调制单元分别使用所述两路光信号分别对窄脉冲光信号进行调制，得到两路携带用户信息的光脉冲序列；所述光编码变换单元分别对所述两路携带用户信息的光脉冲序列进行编码变换；所述光合路单元将两路经过编码变换的光脉冲序列合路，得到能量均衡的编码光脉冲，并通过所述光纤输出得到的编码光脉冲。

3.根据权利要求2所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，对所述两路携带用户信息的光脉冲序列进行编码变换时，一路光脉冲序列选择的编码格式和另外一路选择的编码格式不相同。

4.根据权利要求3所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，还包括放大单元，所述放大单元连接在所述光信号处理单元和光调制单元之间，分别将所述光信号处理单元输出的两路光信号进行放大，并传输到所述光调制单元。

5.根据权利要求4所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，所述放大单元包括分别对所述两路光脉冲序列进行放大的第一放大模块和第二放大模块；所述光调制单元包括窄脉冲光源、第一调制模块和第二调制模块；所述光编码变换单元包括第一光编码变换模块和第二光编码变换模块；所述第一放大模块和第二放大模块的输入端分别与所述光信号处理单元的两个输出端连接，其放大后的光信号分别输出到所述第一调制模块和第二调制模块的调制信号输入端；所述窄脉冲光源分别为所述第一调制模块和第二调制模块提供载波信号；所述第一调制模块和第二调制模块的输出端分别与所述第一光编码变换模块和第二光编码变换模块的输入端连接；所述第一光编码变换模块和第二光编码变换模块的输出端分别连接在所述光合路单元的两个输入端上。

6.根据权利要求5所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，所述光信号处理单元通过光接收模块将输入的光信号转换为数据0和数据1的两路电信号，并分别利用电-光转换模块对上述两路电信号进行电-光转换出来形成两路光信号输出。

7.根据权利要求6所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，所述窄脉冲光源产生1个比特时延N分之一脉宽的码片光脉冲提供给第一调制模块和第二调制模块作为载波，N是调制模块连接的编码变换单元选用编码的码长；所述窄脉冲光源包括增益开关半导体激光器、超快光纤激光器或超连谱激光器。

8.根据权利要求7所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，所述编码和解码包括固定的编码和解码或可变化重构的编码和解码；其选择的码字包括双极性码的m序列、双极性码的Gold序列、单极性码的光正交码、素数码或代数同余码。

9.根据权利要求1-7任何一项所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，所述接收部分包括光解码单元和窄光脉冲接收单元；所述光解码单元将所述接收部分接收到的编码光信号解码，得到光脉冲序列并输出到所述窄光脉冲接收单元；所述窄光脉冲接收单元将所述光脉冲序列解调并处理，得到与输入到所述发射部分的光信号相同的光信号并输出。

10.根据权利要求9所述的改善光纤通信传输系统的安全性能的装置，其特征在于，所述窄光脉冲接收单元将解调后的得到的脉冲进行光-电转换、整形以及电-光转换，得到与输入到所述发射部分的光信号相同的光信号。