CN108063668A - 一种利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，本方法利用现有密集波分复用(DWDM)系统的光监控信道，在其监控闲置时间内，将QKD系统时分复用进经典光通信网络。在本系统中，收发双端的光监控信道接口位于收发双端的光放大器之间，使得光监控信道没有参与放大，减小了光放大器对QKD信号产生的影响，从而保证了传输距离。本发明通过对现有DWDM系统的光监控信道的充分利用，无需专门架设QKD专用光纤信道，极大的降低了QKD的推广成本。

Description

一种利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发的 方法
技术领域
本发明涉及量子通信领域，特别涉及量子密钥分发(QKD)与经典光通信网结合的方法。
背景技术
经过数十年大量的投资和建设，传统光通信网络成为现代信息社会的骨干。然而，重新铺设专用的量子通信网络成本巨大，将会给量子通信商用化带来巨大障碍，量子通信与现有传统光纤通信网络结合势在必行。
QKD具有理论上的无条件安全性，这种安全性是基于量子物理原理——量子不可克隆原理，而非数学问题的求解复杂性。因此，理论上再多的计算资源也无法有效地帮助窃听者来破解密钥。由于在理论上具有无条件安全性，其受到了人们的广泛关注和青睐。目前无论是在实验室还是商用领域，QKD都取得不错的进展。QKD也在被大力推广中。如何与经典通信网结合，实现对现有网络的高效利用以及降低推广成本，吸引着人们的研究。
在密集波分复用(DWDM)系统中，线路放大设备只对业务信号进行光放大，业务信号只有光-光的过程，无业务信号的上下，必须增加一个信号对光放大器的运行状态进行监控，让管理和监控信息与业务分开。该增加的一个波长信道，专用于对系统的管理，这个信道就是所谓的光监控信道(OSC)。
本发明利用该光监控信道(OSC)，在其闲置时间内，“注入”QKD的量子信号，从而实现QKD系统与现有的光纤通信网络的结合。本方案具有系统简单，容易实现，安全性有保证，且成本较低等特点。
发明内容
(一)要解决的技术问题
若要实现长距离光纤QKD通信，架设专用光纤信道不仅成本较大，而且改造升级费用高昂。因此，如果可以利用现有的光纤网络的信道，便可增强QKD系统的实用性和兼容性。本发明提供的一种利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，为QKD系统与现有的光纤通信网络的结合提供了可行方案。
(二)技术方案
本发明提供的一种利用经典光通信网的光监控信道实现QKD的方法，是利用现有DWDM系统的光监控信道，在其监控闲置时间内，将QKD系统复用进经典光通信网络。在本系统中，收发双端的光监控信道接口位于收发双端的光放大器之间，使得光监控信道没有参与放大，减小了光放大器对QKD信号产生的影响，从而保证了传输距离。
所述光监控信道中的监控信号与QKD系统的量子信号在同一信道中共传，互不干扰。
所述QKD系统的量子信号通过时分复用技术实现与DWDM系统的监控信号在同一光监控信道中传输。
所述QKD系统的量子信号与DWDM系统的监控信号是在光监控信道(OSC)中通过时分复用技术实现在同一光监控信道中传输的。
所述QKD系统的量子信号与DWDM系统的监控信号组成的混合信号在同一光监控信道中传输，并在DWDM系统发送端通过OSC与DWDM系统的n个不同波长的数据信号波分复用至同一光纤中。
所述OSC位于DWDM系统发送端的光放大器之后，不参与发送端的放大。
所述QKD系统的量子信号与DWDM系统的监控信号组成的混合信号经过信道中传输后，在DWDM系统接收端通过OSC解复用后与DWDM系统的n个不同波长的数据信号从同一光纤中分离。
所述QKD系统的量子信号与DWDM系统的监控信号组成的混合信号与DWDM系统的n个不同波长的数据信号从同一光纤中分离后，在接收端的OSC中通过解时分复用技术实现从同一光监控信道中分离。
所述OSC位于DWDM系统接收端的光放大器之前，不参与接收端的放大。
(三)有益效果
本发明所述系统中，收发双端的光监控信道接口位于收发双端的光放大器之间，使得光监控信道没有参与放大，减小了光放大器对QKD信号产生的影响，从而保证了传输距离。本发明通过对现有DWDM系统的光监控信道的充分利用，无需专门架设QKD专用光纤信道，极大的降低了QKD的推广成本。
附图说明
图1为本发明的原理实现框架示意图。
其中，通过DWDM系统的光监控信道，实现将QKD系统复用进经典光通信网络。收发双端的光监控信道接口位于收发双端的光放大器之间，使得光监控信道没有参与放大，减小了光放大器对QKD信号产生的影响，从而保证了传输距离。
图2监控信号与量子信号的时分复用示意图
其中，量子信号λSQ与DWDM系统的监控信号λSC在发送端的OSC中通过时分复用技术复用进同一光监控信道。即在监控信号的时隙中插入量子信号，实现二者共用同一光监控信道。
具体实施方式
本发明通过DWDM系统的光监控信道，实现将QKD系统复用进经典光通信网络。具体步骤如下：
1.按图1所示原理实现示意图搭建本发明所述经典与量子复用的通信系统。所述DWDM系统中，发送端将多路信号通过复用器耦合进同一光纤中。
2.所述QKD系统的量子信号λSQ与DWDM系统的监控信号λSC在发送端的OSC中通过时分复用技术复用进同一光监控信道。根据ITU-T建议，监控信号波长λSC为1510nm。两者时分复用的示意图见图2，在监控信号的时隙中插入量子信号，实现二者共用同一光监控信道。
3.上述监控信道的混合信号λSQ+λSC在所述DWDM系统发送端的放大器后，通过OSC与DWDM系统的n个不同波长的数据信号波分复用至同一光纤中。
4.经典与量子共传信号λ1+λ2+...+λn+λSQ+λSC(n＞1)经过长距离传输后，接收端通过解复用器分离得到两路信号λ1+λ2+...+λn+λSQ+λSC(n＞1)和λSQ+λSC。
5.在接收端，信号λ1+λ2+...+λn+λSQ+λSC(n＞1)，经过放大器放大再由解复用器分离到多路信号λ1,λ2,...,λn(n＞1)。
6.在接收端，信号λSQ+λSC则不通过放大器，而是进一步通过解时分复用技术分离得到量子信号λSQ和监控信号λSC。
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 (9)

1.一种利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于：
利用现有密集波分复用(DWDM)系统的光监控信道，在其监控闲置时间内，将QKD系统复用进经典光通信网络。在本系统中，收发双端的光监控信道接口位于收发双端的光放大器之间，使得光监控信道没有参与放大，减小了光放大器对QKD信号产生的影响，从而保证了传输距离。
2.根据权利要求1所述的利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于，所述光监控信道中的监控信号与QKD系统的量子信号在同一信道中共传，互不干扰。
3.根据权利要求2所述的利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于，所述QKD系统的量子信号通过时分复用技术实现与DWDM系统的监控信号在同一光监控信道中传输。
4.根据权利要求3所述的利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于，所述QKD系统的量子信号与DWDM系统的监控信号是在光监控信道(OSC)中通过时分复用技术实现在同一光监控信道中传输的。
5.根据权利要求4所述的利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于，所述QKD系统的量子信号与DWDM系统的监控信号组成的混合信号在同一光监控信道中传输，在DWDM系统发送端通过OSC与DWDM系统的n个不同波长的数据信号波分复用至同一光纤中。
6.根据权利要求5所述的利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于，所述OSC位于DWDM系统发送端的光放大器之后，不参与发送端的放大。
7.根据权利要求1所述的利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于，所述QKD系统的量子信号与DWDM系统的监控信号组成的混合信号在DWDM系统接收端通过OSC解复用后与DWDM系统的n个不同波长的数据信号从同一光纤中分离。
8.根据权利要求7所述的利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于，所述QKD系统的量子信号与DWDM系统的监控信号组成的混合信号与DWDM系统的n个不同波长的数据信号从同一光纤中分离后，在接收端的OSC中通过解时分复用技术实现从同一光监控信道中分离。
9.根据权利要求8所述的利用经典光通信网的光监控信道实现量子密钥分发(QKD)的方法，其特征在于，所述OSC位于DWDM系统接收端的光放大器之前，不参与接收端的放大。
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