CN107623550A - 异或运算实现方法及利用高非线性光纤实现的通信方法 - Google Patents

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沈纲祥
高明义
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Abstract

本发明涉及一种异或运算实现方法，包括：将第一路信号注入高非线性光纤；同时，将第二路信号注入所述高非线性光纤；同时，将第三路信号注入所述高非线性光纤；接收所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号经过所述高非线性光纤由于四波混频效应产生的空闲光中的一路信号，所述空闲光中的一路信号即为所述第一路信号与所述第二路信号的异或值与所述第三路信号的异或结果；其中，所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号具有不同的光波长。上述利用高非线性光纤实现的通信方法，利用高非线性光纤的四波混频效应(FWM)实现异或运算，编码和解码计算效率高，节约大量时间，用于Tb/s高速光信号保密通信，并提高系统保密度。

Description

异或运算实现方法及利用高非线性光纤实现的通信方法
技术领域
本发明涉及通信方法，特别是涉及异或运算实现方法及利用高非线性光纤实现的通信方法。
背景技术
近年来，已经开发了具有高非线性的高非线性光纤(HNLF，highly nonlinearfiber)。随着该开发的进行，利用高非线性光纤的光信号处理获得了普及。
通常的基于全光网络编码的保密通信原理如下：
参阅图1，将两路高速光通信信号A和D在光域进行网络编码实现信号加密，然后将加密光信号进行传输，在接收端再次利用网络解码技术对加密光信号进行解码，恢复出信号A。
其中涉及到的网络编码原理，如图2所示。假设两路光信号同时进入节点，在传统光通信网络中，要求这两路信号波长或时隙不同，利用波分复用或者时分复用技术，将两路信号区分开，避免出现冲突，影响系统性能。图2中，在两路信号N1和N2交汇的节点处放置异或运算单元，将两路信号进行异或运算得到加密信号在接收端对信号进行解密
传统技术存在以下技术问题：
但是，异或运算单元往往都是利用硬件电路实现，计算效率低，浪费时间。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种利用高非线性光纤实现的通信方法，编码和解码计算效率高，节约大量时间，用于Tb/s高速光信号保密通信，并提高系统保密度。
一种异或运算实现方法，包括：
将第一路信号注入高非线性光纤；
同时，将第二路信号注入所述高非线性光纤；
同时，将第三路信号注入所述高非线性光纤；
接收所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号经过所述高非线性光纤由于四波混频效应产生的空闲光中的一路信号，所述空闲光中的一路信号即为所述第一路信号与所述第二路信号的异或值与所述第三路信号的异或结果；
其中，所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号具有不同的光波长。
在另外的一个实施例中，所述高非线性光纤包括级联的掺铝光纤和掺锗光纤。
在另外的一个实施例中，所述掺铝光纤与掺锗光纤的长度比为3:2。
一种利用高非线性光纤实现的通信方法，包括：
从多路信号中选择三路信号上述的异或运算实现方法得到异或运算结果，其中，所述多路信号通过第一路径传输；
将所述异或运算结果通过第一路径传输；
将所述异或运算结果和所述三路信号中的任意两路信号利用上述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的剩余一路信号。
上述利用高非线性光纤实现的通信方法，利用高非线性光纤的四波混频效应(FWM)实现异或运算，编码和解码计算效率高，节约大量时间，用于Tb/s高速光信号保密通信，并提高系统保密度。
在另外的一个实施例中，所述多路信号的数量为3。
在另外的一个实施例中，所述多路信号中的一路信号是军用信号，其余的信号都是民用信号；所述多路信号中选择的三路信号包括所述军用信号；在步骤“将所述异或运算结果和所述三路信号中的任意两路信号利用上述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的剩余一路信号。”中将所述异或运算结果和所述三路信号中的两路民用信号利用上述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的军用信号。
附图说明
图1为本申请背景技术涉及的保密通信原理图。
图2为本申请背景技术涉及的编码解码原理图。
图3为本申请实施例提供的一种异或运算实现方法的流程图。
图4为本申请实施例提供的一种异或运算实现方法中的非线性光纤中的异或运算实现的工作原理图。
图5为本申请实施例提供的一种异或运算实现方法中的级联的掺铝光纤和掺锗光纤的结构示意图。
图6为本申请实施例提供的一种利用高非线性光纤的通信方法的流程图。
图7为本申请实施例提供的一种利用高非线性光纤的通信方法的通信系统图。
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，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参阅图3，一种异或运算实现方法，包括：
S110、将第一路信号注入高非线性光纤。
S120、同时，将第二路信号注入所述高非线性光纤。
S130、同时，将第三路信号注入所述高非线性光纤。
也就是说，把所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号三者同步地注入所述高非线性光纤。
S1140、接收所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号经过所述高非线性光纤由于四波混频效应产生的空闲光中的一路信号，所述空闲光中的一路信号即为所述第一路信号与所述第二路信号的异或值与所述第三路信号的异或结果。
其中，所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号具有不同的光波长。
在另外的一个实施例中，所述高非线性光纤包括级联的掺铝光纤和掺锗光纤。这样的话，所述高非线性光纤包括级联的掺铝光纤和掺锗光纤，此时高非线性光纤产生的四波混频效应效果较好。较优地，所述掺铝光纤与掺锗光纤的长度比为3:2。
下面介绍一个本发明具体的应用场景：
参阅图4为本申请实施例提供的一种异或运算实现方法中的非线性光纤中的异或运算实现的工作原理图。
主要利用高非线性光纤的四波混频(FWM)效应(非线性光学中，四波混频是介质中两个特定频率的光波在非线性材料中交会时，有可能产生另外两个频率的讯号，相互作用所引起的非线性光学效应)，将三路信号λD1和λD2和λA分别注入光纤，利用FWM效应产生两路空闲光，产生的空闲光λc1相位θ＝θ1+θ2-θ3，从而实现了异或运算。该结构受限于FWM的效率，影响空闲光信号的信噪比。因此，本发明的一个实施例利用两段非线性光纤级联结构提高转换效率，改善系统系能。
图5为本申请实施例提供的一种异或运算实现方法中的级联的掺铝光纤和掺锗光纤的结构示意图。
图中英文简称中文对照：TX：发送端；EDFA：掺铒光纤放大器；OBPF：光带通滤波器；PC：偏振控制器；Isolator：光隔离器；HNLF：高非线性光纤；Coupler:光耦合器；VOA：可调衰减器；Rx：相干接收机。
参阅图6，一种利用高非线性光纤实现的通信方法，包括：
S210、从多路信号中选择三路信号上述的异或运算实现方法得到异或运算结果，其中，所述多路信号通过第一路径传输。
S220、将所述异或运算结果通过第一路径传输。
也就是说，所述多路信号和所述异或运算的结果通过相同的路径传输。
S230、将所述异或运算结果和所述三路信号中的任意两路信号利用上述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的剩余一路信号。
也就是说，把所述异或运算的结果和所述三路信号中的任意两路信号同样注入高非线性光纤。
利用高非线性光纤的四波混频(FWM)效应，将所述异或运算结果和所述三路信号中的任意两路信号利用上述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的剩余一路信号。
在另外的一个实施例中，所述多路信号的数量为3。
在另外的一个实施例中，所述多路信号中的一路信号是军用信号，其余的信号都是民用信号。所述多路信号中选择的三路信号包括所述军用信号。在步骤“将所述异或运算结果和所述三路信号中的任意两路信号利用上述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的剩余一路信号。”中将所述异或运算结果和所述三路信号中的两路民用信号利用上述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的军用信号。
在这种情况下，当需要传输使用不同光波长且在相同的路径传输的多路民用信号和一路军用信号，可以把需要加密的军用信号进行加密和解密传输。
下面介绍一个本发明具体的应用场景：
参阅图7为本申请实施例提供的一种利用高非线性光纤的通信方法的通信系统图。
军用信号和民用信号使用不同光波长，通过相同的路径传输。这类系统将利用非线性光纤级联结构实现全光异或功能，从N路民用信号中任意抽取两路做为辅助加密信号，有N(N-1)中选择。将两路民用信号和军用信号进行FWM，产生的空闲光全光异或信号具有新的波长，可以和N路民用信号共享路径继续传输，在接收端利用波长可选择开关(WSS)将事前选择的两路信号和加密信号滤出并进行全光异或即可恢复军用信号信息。
上述利用高非线性光纤实现的通信方法，利用高非线性光纤的四波混频效应(FWM)实现异或运算，编码和解码计算效率高，节约大量时间，用于Tb/s高速光信号保密通信，并提高系统保密度。
利用多路信号进行全光编码，解码时候需要同时盗取多路信号，才能解码。因此多路信号编码技术，可以提高网络的保密性。本发明主要利用高非线性光纤(HNLF，highlynonlinear fiber)的四波混频(FWM,four wave mixing)效应构建三路信号异或门，用于全光网络编码实现保密通信。高非线性光纤是无源器件，有飞秒量级的响应速度，因此可用于超高速率Tb/s光信号的全光异或运算。此外，三路信号异或运算进行的全光网络编码技术可以提高系统的保密性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (6)

1.一种异或运算实现方法，其特征在于，包括：
将第一路信号注入高非线性光纤；
同时，将第二路信号注入所述高非线性光纤；
同时，将第三路信号注入所述高非线性光纤；
接收所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号经过所述高非线性光纤由于四波混频效应产生的空闲光中的一路信号，所述空闲光中的一路信号即为所述第一路信号与所述第二路信号的异或值与所述第三路信号的异或结果；
其中，所述第一路信号、所述第二路信号和所述第三路信号具有不同的光波长。
2.根据权利要求1所述的异或运算实现方法，其特征在于，所述高非线性光纤包括级联的掺铝光纤和掺锗光纤。
3.根据权利要求2所述的异或运算实现方法，其特征在于，所述掺铝光纤与掺锗光纤的长度比为3:2。
4.一种利用高非线性光纤实现的通信方法，其特征在于，包括：
从多路信号中选择三路信号上述的异或运算实现方法得到异或运算结果，其中，所述多路信号通过第一路径传输；
将所述异或运算结果通过第一路径传输；
将所述异或运算结果和所述三路信号中的任意两路信号利用权利要求书1到3任一种所述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的剩余一路信号。
5.根据权利要求4所述的利用高非线性光纤实现的通信方法，其特征在于，所述多路信号的数量为3。
6.根据权利要求4所述的利用高非线性光纤实现的通信方法，其特征在于，所述多路信号中的一路信号是军用信号，其余的信号都是民用信号；所述多路信号中选择的三路信号包括所述军用信号；在步骤“将所述异或运算结果和所述三路信号中的任意两路信号利用权利要求书1到3任一种所述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的剩余一路信号。”中将所述异或运算结果和所述三路信号中的两路民用信号利用权利要求书1到3任一种所述的异或运算实现方法进行异或运算，得到所述三路信号中的军用信号。
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