CN108667530A - 一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，发送方的正向经典信号光强调整器件可以根据接收方正向经典信号光强监控模块采集的功率反馈信息自动调节衰减系数来衰减经典信号，使经典信号的传输功率能够根据光纤链路的实际情况进行调整，降低了经典信号对QKD中量子信号造成的影响，从而降低QKD传输时的误码率；在波分复用方案节约光纤资源的基础上，能够根据实际光纤链路情况快速、自动而准确地调节经典信号功率，从而使QKD能自动适配多种链路环境，节约了调试时间和人力成本；若光纤链路发生改变，自调节装置能够再次调节使经典信号功率重新适配新的链路环境，节约了维护成本。

Description

一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统
技术领域
本发明涉及信息传输技术领域，特别涉及一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统。
背景技术
密码学是研究保密通信的一门科学，是研究如何安全地将所要传输的信息从发送者传到接受者而不被未授权的第三者所窃取的科学。在现代保密通信技术中，网络信息的加密大多使用公开密钥密码体系，其原理是加密密钥和解密密钥的分离，通过其公钥算法生成成对的公钥(用作加密密钥)和私钥(用作解密密钥)，公钥予以公开，而将私钥则留在私密侧。公共密钥密码体系的优点是不需要经过安全渠道传递解密密钥，大大简化了密钥管理。典型的公钥密码体系是RSA密码体制，主要基于经典计算机几乎无法完成大数分解有效计算这一事实，但是随着现在计算能力的不断提升，RSA的安全性受到了挑战。
1984年，物理学家Bennett和密码学家Brassard提出了基于量子力学测量原理的量子密钥分配(QKD，Quantum Key Distribution)BB84协议，从根本上保证了密钥的安全性。
QKD在发送方Alice与接收方Bob之间使用单光子产生密钥，但是单光子非常微弱，容易受到其他光信号的影响。为了QKD能够正常使用，当前的使用方法是由多根光纤进行传输，其存在施工周期长、成本高的问题，不利于量子通信的推广。
目前，系统通过采用波分复用器件的方式，能够有效的解决这一问题，主要工作原理便是通过波分复用器件将量子信号、时钟信号与经典信号进行复用与解复用。
然而，光纤存在非线性效应，经典光的光强将直接影响量子信号，进而影响QKD的正常运行。在实际应用中，经典光强会随着光纤链路的不同而改变，因此，在波分复用情况下，经典光强需要根据实际光纤链路进行调整。
发明内容
本发明目的在于提供一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，使得在波分复用节约光纤资源的基础上，能够根据实际光纤链路情况快速、自动而准确地调节经典信号功率，以使QKD能自动适配多种链路环境，继而节约调试时间和人力成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，包括发送方经典信号通信模块、发送方时钟信号输入模块、信号复用模块、光纤链路、信号解复用模块、接收方经典信号通信模块、接收方信号时钟输出模块、QKD发送方终端、QKD接收方终端，所述发送方经典信号通信模块、发送方时钟信号输入模块以及QKD发送方终端通过信号复用模块接入光纤链路，所述接收方经典信号通信模块、接收方信号时钟输出模块以及QKD接收方终端通过信号解复用模块接入光纤链路，
所述发送方经典信号通信模块包括正向经典信号发生子模块、正向经典信号光强调整器件、反向经典信号接收子模块、反向经典信号分光器件、反向经典信号光强监控模块，所述正向经典信号发生子模块依次连接正向经典信号光强调整器件、信号复用模块，所述反向经典信号接收子模块依次连接反向经典信号分光器件、信号复用模块，所述反向经典信号光强监控模块依次连接反向经典信号分光器件、信号复用模块，
所述接收方经典信号通信模块包括正向经典信号分光器件、正向经典信号光强监控模块、正向经典信号接收子模块、反向经典信号光强调整器件、反向经典信号发射子模块，所述正向经典信号光强监控模块依次连接正向经典信号分光器件、信号解复用模块，所述正向经典信号接收子模块依次连接正向经典信号分光器件、信号解复用模块，所述反向经典信号发射子模块依次连接反向经典信号光强调整器件、信号解复用模块。
优选地，所述发送方时钟信号输入模块包括发送方时钟信号发生子模块、发送方时钟信号光强调整器件，所述发送方时钟信号发生子模块依次连接发送方时钟信号光强调整器件、信号复用模块。
优选地，所述接收方时钟信号输出模块包括接收方时钟信号分光器件、接收方时钟信号光强监控模块、接收方时钟信号接收子模块，所述接收方时钟信号接收子模块依次连接接收方时钟信号分光器件、信号解复用模块，所述接收方时钟信号光强监控模块依次连接接收方时钟信号分光器件、信号解复用模块。
优选地，所述反向经典信号光强监控模块、正向经典信号光强监控模块以及时钟信号光强监控模块均采用型号为STM32F103的主控芯片。
优选地，发送方和/或接收方包括多路，且发送方与接收方均通过一条光纤链路连接。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明的经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，发送方的正向经典信号光强调整器件可以根据接收方正向经典信号光强监控模块采集的功率反馈信息自动调节衰减系数来衰减经典信号，使经典信号的传输功率能够根据光纤链路的实际情况进行调整，降低了经典信号对QKD中量子信号造成的影响，从而降低QKD传输时的误码率；在波分复用方案节约光纤资源的基础上，能够根据实际光纤链路情况快速、自动而准确地调节经典信号功率，从而使QKD能自动适配多种链路环境，节约了调试时间和人力成本。
附图说明
图1为本发明的经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统结构图。
图中：发送方经典信号通信模块100、正向经典信号发生子模块101、正向经典信号光强调整器件102、反向经典信号接收子模块103、反向经典信号分光器件104、反向经典信号光强监控模块105、发送方时钟信号输入模块200、发送方时钟信号发生子模块201、发送方时钟信号光强调整器件202、信号复用模块300、光纤链路400、信号解复用模块500、接收方经典信号通信模块600、正向经典信号分光器件601、正向经典信号光强监控模块602、正向经典信号接收子模块603、反向经典信号光强调整器件604、反向经典信号发射子模块605、接收方信号时钟输出模块700、接收方时钟信号分光器件701、接收方时钟信号光强监控模块702、接收方时钟信号接收子模块703、QKD发送方终端800、QKD接收方终端900。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，包括发送方经典信号通信模块100、发送方时钟信号输入模块200、信号复用模块300、光纤链路400、信号解复用模块500、接收方经典信号通信模块600、接收方信号时钟输出模块700、QKD发送方终端800、QKD接收方终端900，所述发送方经典信号通信模块100、发送方时钟信号输入模块200以及QKD发送方终端800通过信号复用模块300接入光纤链路400，所述接收方经典信号通信模块600、接收方信号时钟输出模块700以及QKD接收方终端900通过信号解复用模块500接入光纤链路400，所述信号复用模块300与信号解复用模块500分别采用波分复用器与解波分复用器，
所述发送方经典信号通信模块100包括正向经典信号发生子模块101、正向经典信号光强调整器件102、反向经典信号接收子模块103、反向经典信号分光器件104、反向经典信号光强监控模块105，所述正向经典信号发生子模块101依次连接正向经典信号光强调整器件102、信号复用模块300，所述反向经典信号接收子模块103依次连接反向经典信号分光器件104、信号复用模块300，所述反向经典信号光强监控模块105依次连接反向经典信号分光器件104、信号复用模块300，所述正向经典信号光强调整器件102采用可调光衰减器，所述信号复用模块300采用波分复用器，
所述接收方经典信号通信模块600包括正向经典信号分光器件601、正向经典信号光强监控模块602、正向经典信号接收子模块603、反向经典信号光强调整器件604、反向经典信号发射子模块605，所述正向经典信号光强监控模块602依次连接正向经典信号分光器件601、信号解复用模块500，所述正向经典信号接收子模块603依次连接正向经典信号分光器件601、信号解复用模块500，所述反向经典信号发射子模块605依次连接反向经典信号光强调整器件604、信号解复用模块500，所述反向经典信号光强调整器件604采用可调光衰减器，所述所述信号解复用模块500采用波分复用器。
所述发送方时钟信号输入模块200包括发送方时钟信号发生子模块201、发送方时钟信号光强调整器件202，所述发送方时钟信号发生子模块201依次连接发送方时钟信号光强调整器件202、信号复用模块300，所述发送方时钟信号光强调整器件202采用可调光衰减器。
所述接收方时钟信号输出模块700包括接收方时钟信号分光器件701、接收方时钟信号光强监控模块702、接收方时钟信号接收子模块703，所述接收方时钟信号接收子模块703依次连接接收方时钟信号分光器件701、信号解复用模块500，所述接收方时钟信号光强监控模块702依次连接接收方时钟信号分光器件701、信号解复用模块50。
所述反向经典信号光强监控模块105、正向经典信号光强监控模块602以及接收方时钟信号光强监控模块702均采用型号为STM32F103的主控芯片，由该主控芯片构成的CPU模块对各路光强信号进行采集，并通过该CPU模块自动调节正向经典信号光强调整器件102的衰减值，确保进入正向经典信号接收子模块603的光强为阈值。
发送方和/或接收方包括多路，且发送方与接收方均通过一条光纤链路连接，该结构可实现一对多、多对一或多对多之间通信，在单点对多点的光纤链路环境中，链路切换方式多为使用光开关调节，而每一条链路都对应了不同的光纤链路环境，该系统亦能够高效地针对不同光纤链路进行光功率的切换，使每条链路的QKD传输误码率降低，大大增加最终获得的量子密钥率。
正向经典信号、反向经典信号和时钟信号的调节方式相同，以正向经典信号为例，如下；
正向经典信号发生子模块101输出的经典信号经由正向经典信号光强调整器件102接入信号复用模块300，经由光纤链路400，通过信号解复用模块500解复用后连接正向经典信号分光器件601、正向经典信号光强监控模块602和正向经典信号接收子模块603。经典信号经过一定比例(例如10:90)正向经典信号分光器件601，强度为10％比例的经典信号进入正向经典信号光强监控模块602，正向经典信号光强调整器件102根据正向经典信号光强监控模块602通过经典网络反馈的光强信息，自动调节正向经典信号光强调整器件102的衰减值，确保进入正向经典信号接收子模块603的光强为阈值(阈值为保证经典通信质量前提下所允许的最小经典信号光强)，在装置运行过程中，持续对光强进行监控与调节。
综合本发明的经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统可知，本发明发送方的正向经典信号光强调整器件可以根据接收方正向经典信号光强监控模块采集的功率反馈信息自动调节衰减系数来衰减经典信号，使经典信号的传输功率能够根据光纤链路的实际情况进行调整，降低了经典信号对QKD中量子信号造成的影响，从而降低QKD传输时的误码率；在波分复用方案节约光纤资源的基础上，能够根据实际光纤链路情况快速、自动而准确地调节经典信号功率，从而使QKD能自动适配多种链路环境，节约了调试时间和人力成本；若光纤链路发生改变，自调节装置能够再次调节使经典信号功率重新适配新的链路环境，节约了维护成本。

Claims (5)

1.一种经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，其特征在于，包括发送方经典信号通信模块、发送方时钟信号输入模块、信号复用模块、光纤链路、信号解复用模块、接收方经典信号通信模块、接收方信号时钟输出模块、QKD发送方终端、QKD接收方终端，所述发送方经典信号通信模块、发送方时钟信号输入模块以及QKD发送方终端通过信号复用模块接入光纤链路，所述接收方经典信号通信模块、接收方信号时钟输出模块以及QKD接收方终端通过信号解复用模块接入光纤链路，
所述发送方经典信号通信模块包括正向经典信号发生子模块、正向经典信号光强调整器件、反向经典信号接收子模块、反向经典信号分光器件、反向经典信号光强监控模块，所述正向经典信号发生子模块依次连接正向经典信号光强调整器件、信号复用模块，所述反向经典信号接收子模块依次连接反向经典信号分光器件、信号复用模块，所述反向经典信号光强监控模块依次连接反向经典信号分光器件、信号复用模块，
所述接收方经典信号通信模块包括正向经典信号分光器件、正向经典信号光强监控模块、正向经典信号接收子模块、反向经典信号光强调整器件、反向经典信号发射子模块，所述正向经典信号光强监控模块依次连接正向经典信号分光器件、信号解复用模块，所述正向经典信号接收子模块依次连接正向经典信号分光器件、信号解复用模块，所述反向经典信号发射子模块依次连接反向经典信号光强调整器件、信号解复用模块。
2.如权利要求1所述的经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，其特征在于，所述发送方时钟信号输入模块包括发送方时钟信号发生子模块、发送方时钟信号光强调整器件，所述发送方时钟信号发生子模块依次连接发送方时钟信号光强调整器件、信号复用模块。
3.如权利要求1或2所述的经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，其特征在于，所述接收方时钟信号输出模块包括接收方时钟信号分光器件、接收方时钟信号光强监控模块、接收方时钟信号接收子模块，所述接收方时钟信号接收子模块依次连接接收方时钟信号分光器件、信号解复用模块，所述接收方时钟信号光强监控模块依次连接接收方时钟信号分光器件、信号解复用模块。
4.如权利要求3所述的经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，其特征在于，所述反向经典信号光强监控模块、正向经典信号光强监控模块以及时钟信号光强监控模块均采用型号为STM32F103的主控芯片。
5.如权利要求3所述的经典光强自调节量子信号与经典信号复用的传输系统，其特征在于，发送方和/或接收方包括多路，且发送方与接收方均通过一条光纤链路连接。
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