CN109104251B - 一种数据传输方法、装置及系统 - Google Patents

一种数据传输方法、装置及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109104251B
CN109104251B CN201710467962.1A CN201710467962A CN109104251B CN 109104251 B CN109104251 B CN 109104251B CN 201710467962 A CN201710467962 A CN 201710467962A CN 109104251 B CN109104251 B CN 109104251B
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
light
polarization direction
component
reference light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710467962.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109104251A (zh
Inventor
李政宇
苏长征
陆亮亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN201710467962.1A priority Critical patent/CN109104251B/zh
Priority to EP18821585.9A priority patent/EP3629496B1/en
Priority to PCT/CN2018/090544 priority patent/WO2018233502A1/zh
Publication of CN109104251A publication Critical patent/CN109104251A/zh
Priority to US16/717,427 priority patent/US11044016B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN109104251B publication Critical patent/CN109104251B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising
    • G02B27/283—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising used for beam splitting or combining
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/61—Coherent receivers
    • H04B10/616—Details of the electronic signal processing in coherent optical receivers
    • H04B10/6162—Compensation of polarization related effects, e.g., PMD, PDL
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/06—Polarisation multiplex systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H04L9/0858—Details about key distillation or coding, e.g. reconciliation, error correction, privacy amplification, polarisation coding or phase coding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本申请公开了一种数据传输方法、装置及系统，涉及通信技术领域，能够解决信道资源浪费的问题。该方法包括：发送设备生成第一随机数据和第二随机数据；确定至少两个参考数据；根据该第一随机数据、该第二随机数据以及该至少两个参考数据生成调制信号；该发送设备使用该调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号，该第一偏振方向和该第二偏振方向相互垂直，该第二激光信号包括量子光和参考光；该发送设备发送该第二激光信号；该发送设备确定至少两个参考数据，该至少两个参考数据中的任意两个参考数据满足以下条件：一个参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T与另一个参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且(X1，X2，Y1，Y2)T与(X3，X4,Y3,Y4)T构成的矩阵
Figure DDA0001326362290000011
满秩。

Description

一种数据传输方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种数据传输方法、装置及系统。
背景技术
随着信息化程度的加快，通信的频率更加频繁，人们对通信的安全性的要求越来越高。量子保密通信是量子特性与传统密码结合的产物，它利用量子力学的基本原理和特性来确保通信的安全性。量子密钥分发(Quantum key distribution，QKD)技术是现阶段最接近实用的量子保密通信技术，QKD技术是在已共享部分安全密钥的前提下，实现对称密钥的无条件安全分发。
目前，提出一种自参考连续变量量子密钥分发(Self-Referenced Continuous-Variable Quantum Key Distribution，SR-CV-QKD)的方案。其核心思想是：发送设备将待传输的量子密钥数据加载中量子光的一个偏振方向的分量上，然后在两个量子光之间引入一个光强较强的参考脉冲，用于接收设备检测发送的激光与接收设备产生的本振光的频偏与相差，并利用此信息修正密钥使得双方共享具有强相关的初始密钥。且接收设备在检测此信息之前，采用偏振控制器对发送设备发送的激光和接收设备产生的本振光进行稳频。由于基于参考光脉冲和相邻的量子光脉冲在时域上非常接近，且两者都经过了同一段信道传输。因此可以近似地认为参考光脉冲传输过程中变化的相位和相邻的量子光光脉冲一致，或者用前后两个参考光脉冲的平均相位来代替中间量子光信号光脉冲的相位。
然而，在上述方案中，发送设备只利用了一个偏振方向来编码量子密钥数据，另一个偏振方向是闲置的，没有充分利用信道资源，导致信道资源浪费。
发明内容
本申请提供了一种数据传输方法、装置及系统，能够解决信道资源浪费的问题。
第一方面，本申请提供了一种数据传输方法，该方法包括：发送设备生成第一随机数据和第二随机数据；该发送设备确定至少两个参考数据，该至少两个参考数据中的任意两个参考数据满足以下条件：该任意两个参考数据中的一个参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T与另一个参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且(X1，X2，Y1，Y2)T与(X3，X4,Y3,Y4)T构成的矩阵
Figure BDA0001326362270000011
满秩；该发送设备根据该第一随机数据、该第二随机数据以及该至少两个参考数据生成调制信号；该发送设备使用该调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号，该第一偏振方向和该第二偏振方向相互垂直，该第二激光信号包括量子光和参考光；其中，该第二激光信号中的每一个计算周期包括一组量子光和两组参考光，该一组量子光在第一偏振方向上加载了该第一随机数据，该一组量子光在第二偏振方向上加载了该第二随机数据，该两组参考光中的第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载了X1，该第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载了X2，该第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载了Y1，该第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载了Y2，该两组参考光中的第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载了X3，该第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载了X4，该第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载了Y3，该第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载了Y4；该发送设备发送该第二激光信号。
采用本申请提供的数据传输方法，发送设备通过对第一激光信号的两个相互垂直的偏振方向上的分量进行调制，使得得到的第二激光信号在这两个偏振方向上，分别加载了两个相互独立的随机数据，由于这两个偏振方向相互垂直，相互之间无串扰，因此，在保证不影响系统安全性的情况下，充分利用了信道资源，将系统的成码率提高了一倍，从而解决了信道资源浪费的问题。
可选的，该发送设备使用该调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号之前，该方法还包括：该发送设备将该第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光。
可选的，该发送设备将该第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光，包括：该发送设备利用偏振分束器PBS或者分束器BS，将该第一激光信号分为该第一偏振方向上的分量光和该第二偏振方向上的分量光。
采用上述两种可选的方式，发送设备可以先将第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光，以单独进行调制，从而提高了对第一激光信号在两个偏振方向上调制的精度。
可选的，该调制信号的个数为2，该发送设备使用该调制信号对第一激光信号进行调制，得到第二激光信号，包括：该发送设备将该第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光；该发送设备采用两个调制信号中的第一个调制信号对该第一偏振方向上的分量光进行调制，采用该两个调制信号中的第二个调制信号对该第二偏振方向上的分量光进行调制；该发送设备将调制后的该第一偏振方向上的分量光进行90°偏振旋转；该发送设备将调制后的该第二偏振方向上的分量光进行延时，使得调制后的该第一偏振方向上的分量光与调制后的该第二偏振方向上的分量光在时域上重合；该发送设备将经过90°偏振旋转后的该第一偏振方向上的分量光，和经过延时后的该第二偏振方向上的分量光进行合束，得到该第二激光信号。
采用该可选的方式，发送设备通过分别为第一激光信号在两个偏振方向上的分量生成单独的调制信号，提高了对第一激光信号在两个偏振方向上调制的精度。
可选的，该发送设备根据该第一随机数据、该第二随机数据以及该至少两个参考数据生成调制信号，包括：该发送设备根据信道特性确定用于产生参考光的信号和用于产生量子光的信号的组合模式，该信道特性为传输该第二激光信号的信道的特性；该发送设备按照该组合模式将该第一随机数据、该第二随机数据以及该至少两个参考数据进行排列组合，生成该调制信号。
采用该可选的方式，发送设备根据信道特性确定参考光和量子光的组合模式，当接收设备根据参考光分析量子光所经历的信道特性变化时，能够提高分析精度。
可选的，该组合模式为时分模式，该时分模式包括该用于产生量子光的信号的数量和该用于产生参考光的信号的数量，以及该用于产生量子光的信号和该用于产生参考光的信号。
可选的，该组合模式包括频分模式，该频分模式包括该用于产生量子光的信号的数量和该用于产生参考光的信号的数量，以及该用于产生量子光的信号和该用于产生参考光的信号在频域上的分布方式。
可选的，该方法还包括：该发送设备接收接收设备发送的第一修正参数；该发送设备根据该第一修正参数，对该第一随机数据和该第二随机数据进行数据修正。
可选的，该方法还包括：该发送设备接收接收设备发送的第一修正参数；该发送设备获取第二修正参数；该发送设备根据该第二修正参数和该第一修正参数，对该第一随机数据和该第二随机数据进行数据修正。
可选的，该方法还包括：该发送设备获取第二修正参数；该发送设备根据该第二修正参数，对该第一随机数据和该第二随机数据进行数据修正。
采用上述三种可选方式，发送设备能够通过第一修正参数和/或第二修正参数对第一随机数据和第二随机数据进行修正，以使得发送设备和接收设备的随机数据具有最大关联。使得接收设备无需使用偏振控制器来调整光脉冲的偏振。
第二方面，本申请提供一种数据传输方法，该方法包括：接收设备接收第二激光信号，该第二激光信号包括量子光和参考光；该接收设备对该第二激光信号进行相干探测，以从该量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从该参考光中获取探测数据；该接收设备获取该参考光的参考数据，该参考数据为该发送设备在调制该参考光时使用的参考数据；该接收设备根据该参考光的参考数据和该探测数据，计算第一修正参数；其中，该第二激光信号中的每一组量子光和两组参考光为一个计算周期，该两组参考光中的第一组参考光的参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T和该两组参考光中的第二组参考光的参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且矩阵
Figure BDA0001326362270000041
满秩，X1为该第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X2为该第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y1为该第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y2为该第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据，X3为该第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X4为该第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y3为该第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y4为该第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据。
采用本申请提供的数据传输方法，由于发送设备在第二激光信号的两个相互垂直的偏振方向上，分别加载了两个相互独立的随机数据，因此，接收设备能够在第二激光信号中获取第三随机数据和第四随机数据。由于这两个偏振方向相互垂直，相互之间无串扰，因此，在保证不影响系统安全性的情况下，充分利用了信道资源，将系统的成码率提高了一倍，从而解决了信道资源浪费的问题。
可选的，该探测数据包括第一部分探测数据和第二部分探测数据，该接收设备对该第二激光信号进行相干探测，以从该量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从该参考光中获取探测数据，包括：该接收设备将该第二激光信号划分为第一光信号和第二光信号；该接收设备采用第一相干探测方式对该第一光信号进行相干探测，以从该第一光信号中的参考光中获取该第一部分探测数据，以及从该第一光信号中的量子光中获取该第三随机数据和该第四随机数据；该接收设备采用第二相干探测方式对该第二光信号进行相干探测，以该第二光信号中的参考光中获取该第二部分探测数据。
在这种可选的方式中，无需接收设备中的探测器能对微弱的光和较强的参考光都完成探测，通过将第二激光信号划分为第一光信号和第二光信号，从第二光信号中仅探测参考光，从而降低了探测区间。
可选的，该接收设备根据该参考光的参考数据和该探测数据，计算第一修正参数之后，该方法还包括：该接收设备向该发送设备发送该第一修正参数。
可选的，该接收设备根据该参考光的参考数据和该探测数据，计算第一修正参数之后，该方法还包括：该接收设备根据该第一修正参数对该第三随机数据和该第四随机数据进行数据修正。
可选的，该接收设备获取该第三随机数据和该第四随机数据之后，该方法还包括：该接收设备获取第二修正参数；该接收设备根据该第二修正参数对该第三随机数据和该第四随机数据进行数据修正。
可选的，该接收设备根据该参考光的参考数据和该探测数据，计算第一修正参数之后，该方法还包括：该接收设备获取第二修正参数；该接收设备根据该第一修正参数和该第二修正参数，对该第三随机数据和该第四随机数据进行数据修正。
采用上述三种可选方式，接收设备无需使用偏振控制器来调整光脉冲的偏振，可以直接通过探测到的探测数据以及参考光的参考数据来计算第一修正参数，第一修正参数表现了光在信道以及接收设备中传输时发生的偏振方向、相位等的影响。然后通过第一修正参数和/或第二修正参数来对第三随机数据和第四随机数据进行修正，以使得发送设备和接收设备的随机数据具有最大关联。
第三方面，本申请还提供了一种发送设备，所述发送设备可以包括用于执行前述第一方面及第一方面的各种实现方式中方法步骤的生成单元、调制单元、发送单元、接收单元、修正单元、获取单元、分束单元等单元模块。
本申请提供的发送设备的技术效果可以参见上述第一方面或第一方面的各个实现方式的技术效果，此处不再赘述。
第四方面，本申请还提供了一种接收设备，所述接收设备用于执行前述第二方面及第二方面的各种实现方式中方法步骤的接收单元、探测单元、获取单元、计算单元、修正单元、分束单元等单元模块。
本申请提供的接收设备的技术效果可以参见上述第二方面或第二方面的各个实现方式的技术效果，此处不再赘述。
第五方面，本申请还提供了一种发送设备，包括：处理器、调制器、随机数据源以及光源；所述光源用于发射第一激光信号，所述随机数据源用于生成第一随机数据和第二随机数据，所述处理器用于确定至少两个参考数据，根据所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据生成调制信号，其中，所述至少两个参考数据中的任意两个参考数据满足以下条件：所述任意两个参考数据中的一个参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T与另一个参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且(X1，X2，Y1，Y2)T与(X3，X4,Y3,Y4)T构成的矩阵
Figure BDA0001326362270000051
满秩；所述调制器用于使用所述调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号，并发送所述第二激光信号，其中，所述第二激光信号中的每一个计算周期包括一组量子光和两组参考光，所述一组量子光在第一偏振方向上加载了所述第一随机数据，所述一组量子光在第二偏振方向上加载了所述第二随机数据，所述两组参考光中的第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载了X1，所述第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载了X2，所述第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载了Y1，所述第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载了Y2，所述两组参考光中的第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载了X3，所述第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载了X4，所述第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载了Y3，所述第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载了Y4；所述发送设备发送所述第二激光信号。
本申请提供的发送设备的技术效果可以参见上述第一方面或第一方面的各个实现方式的技术效果，此处不再赘述。
第六方面，本申请还提供了一种接收设备，包括：处理器、探测器及本地本振光源等；所述探测器用于接收第二激光信号，所述第二激光信号包括量子光和参考光；所述本地本振光源用于发射LLO，所述探测器还用于使用所述LLO对所述第二激光信号进行相干探测，以从所述量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从所述参考光中获取探测数据；所述处理器用于获取所述参考光的参考数据，并根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数；其中，所述参考数据为所述发送设备在调制所述参考光时使用的参考数据；所述第二激光信号中的每一组量子光和两组参考光为一个计算周期，所述两组参考光中的第一组参考光的参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T和所述两组参考光中的第二组参考光的参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且矩阵
Figure BDA0001326362270000061
满秩，X1为所述第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X2为所述第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y1为所述第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y2为所述第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据，X3为所述第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X4为所述第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y3为所述第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y4为所述第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据。
从而实现以第二方面各种实现方式所述数据传输方法，所述探测器用于使用所述本地本振光源输出的本振光，对接收到的第二激光信号进行探测。
本申请提供的接收设备的技术效果可以参见上述第二方面或第二方面的各个实现方式的技术效果，此处不再赘述。
第七方面，本申请还提供了一种存储介质，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可实现包括本申请提供的数据传输方法各实施例中的部分或全部步骤。
第八方面，本申请还提供一种通信系统，包括如第三方面或第三方面的任一实现方式所述的发送设备，和第四方面或第四方面的任一实现方式所述的接收设备；或者，包括如第五方面所述的发送设备，和第六方面所述的接收设备。
附图说明
图1为本申请提供的通信系统的结构示意图；
图2为本申请提供的一种发送设备的结构示意图一；
图3为本申请提供的一种接收设备的结构示意图一；
图4为本申请提供的一种数据传输方法的一个实施例的流程图一；
图5A为本申请提供的一种时分模式下的光脉冲示意图；
图5B为本申请提供的一种频分模式下的光脉冲示意图；
图6A为本申请提供的一种发送设备的结构示意图二；
图6B为本申请提供的一种发送设备的结构示意图三；
图6C为本申请提供的一种发送设备的结构示意图四；
图6D为本申请提供的一种发送设备的结构示意图五；
图6E为本申请提供的一种发送设备的结构示意图六；
图7A为本申请提供的一种接收设备的结构示意图二；
图7B为本申请提供的一种接收设备的结构示意图三；
图7C为本申请提供的一种接收设备的结构示意图四；
图8为本申请提供的一种数据传输方法的一个实施例的流程图二；
图9为本申请提供的一种数据传输方法的一个实施例的流程图三；
图10为本申请提供的一种数据传输方法的一个实施例的流程图四；
图11A为本申请提供的一种发送设备的结构示意图七；
图11B为本申请提供的一种发送设备的结构示意图八；
图11C为本申请提供的一种发送设备的结构示意图九；
图11D为本申请提供的一种发送设备的结构示意图十；
图11E为本申请提供的一种发送设备的结构示意图十一；
图12A为本申请提供的一种接收设备的结构示意图七；
图12B为本申请提供的一种接收设备的结构示意图八；
图12C为本申请提供的一种接收设备的结构示意图九；
图12D为本申请提供的一种接收设备的结构示意图十。
具体实施方式
首先，本文中术语“系统”和“网络”在本文中常被可互换使用。，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
其次，本申请提供的数据传输方法可以适用于量子通信系统中，如图1所示，为本申请提供的一种通信系统框图，包括至少一个发送设备和至少一个接收设备。其中，发送单可以是具有量子保密通信功能的量子发送设备。接收设备可以是具有量子保密通信功能的量子接收设备。
示例性的，如图2所示，为本申请提供的一种发送设备的结构示意图，可以包括光源、处理器、存储器、调制模块以及随机信号源等。
其中，处理器用于解密接收到的命令，根据解密的命令执行计算或数据处理，以及将处理后的数据发送至其他设备，以控制其他设备执行相应的操作。处理器可以是中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通用处理器，数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)，专用集成电路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。
存储器包括程序模块以及数据模块等。程序模块可以由软件、固件、硬件或其中的至少两种组成，用于存储应用程序以及操作系统。所述存储器可以包括易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取内存(random access memory，简称RAM)；还可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard diskdrive，简称HDD)或固态硬盘(solid-state drive，简称SSD)；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。
光源用于产生激光信号。调制模块可以在处理器的控制下，利用随机信号源产生的生成随机数据，对激光信号进行调制，得到加载了随机数据的激光信号，并将激光信号发出。其中，调制模块可以包括强度调制器、相位调制器以及驱动器，还可以包括偏振分束器、分束器、环形器、90°偏振旋转器、延时器、四相移相键控(Quadrature phase-shiftkeying，QPSK)调制器，双极化四相移相键控(Dual polarization quadrature phase-shift keying，)调制器等器件。
此外，本申请提供的发送设备还可以包括通信接口，用于在处理器的控制下与系统中的其他网元设备进行数据通信。
如图3所示，为本申请提供的一种接收设备的结构示意图，可以包括处理器、存储器、探测模块、以及本地本振光源等。
其中，处理器用于解密接收到的命令，根据解密的命令执行计算或数据处理，以及将处理后的数据发送至其他设备，以控制其他设备执行相应的操作。处理器可以为CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。
存储器包括程序模块以及数据模块等。程序模块可以由软件、固件、硬件或其中的至少两种组成，用于存储应用程序以及操作系统。所述存储器可以包括易失性存储器，例如RAM；还可以包括非易失性存储器，例如快闪存储器，HDD或者SSD；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。
本地本振光源用于产生本振光。探测模块用于接收激光信号，并利用本振光对接收到的激光信号进行相干探测，获取探测数据。其中，探测模块可以包括外差探测器(Heterodyne Detector，HD)、平衡零差探测器(Balanced Homodyne Detector，BHD)以及模数转换器(Analog-to-digital converter，ADC)等器件。
此外，本申请提供的接收设备还可以包括通信接口，用于在处理器的控制下与系统中的其他网元设备进行数据通信。
基于图1，参见图4，为本申请提供的一种数据传输方法的一个实施例的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤401，发送设备生成第一随机数据和第二随机数据。
在本申请中，发送设备可以根据预设的调制协议生成两个相互独立的第一随机数据和第二随机数据。其中，调制制式可以为四相移相键控(Quadrature phase-shiftkeying，QPSK)调制协议、双极化四相移相键控(Dual polarization quadrature phase-shift keying，DPQPSK)调制协议、高斯调制协议等。
在一个示例中，发送设备可以通过两个相互独立的随机信号源生成第一随机数据和第二随机数据。例如，真随机数发生器(True Random Number Generator,TRNG)，量子随机数发生器(Quantum Random Number Generator,QRNG)等。
示例性的，当预设的调制协议是高斯调制协议时，发送设备可以将TRNG1生成的离散化高斯随机数作为第一随机数据，通过将TRNG2生成的离散化高斯随机数作为第二随机数据。
步骤402，发送设备确定至少两个参考数据。
在本申请中，该至少两个参考数据中的任意两个参考数据需要满足以下条件：
该任意两个参考数据中的一个参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T与另一个参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且(X1，X2，Y1，Y2)T与(X3，X4,Y3,Y4)T构成的矩阵
Figure BDA0001326362270000101
满秩。
需要说明的是，在本申请中，一个参考数据可以分为两个序列，分别用于调制一个激光信号在不同偏振方向上的分量。例如，参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T包括序列(X1，X2)和序列(Y1，Y2)。其中，序列(X1，X2)用于调制该激光信号在第一偏振方向上的正则分量(包括x分量和p分量)，序列(Y1，Y2)用于调制该激光信号在第二偏振方向上的正则分量。
步骤403，发送设备根据该第一随机数据、第二随机数据以及该至少两个参考数据生成调制信号。
步骤404，发送设备使用该调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号。
在本申请中，当发送设备需要发送第一随机数据和第二随机数据时，发送设备即可通过光源产生第一激光信号，该第一激光信号可以是连续激光也可以是脉冲激光。下面以脉冲激光为例进行示例性的说明。
示例性的，发送设备中的光源可以包括激光器和脉冲产生模块，由激光器产生连续波(Continuous Wave，CW)，然后由脉冲产生模块通过斩波的方式将该连续波转换成光脉冲，从而得到第一激光信号。其中，该连续波可以是具有线偏振、窄线宽的连续波。通过斩波方式得到的光脉冲，可以是具有高消光比的光脉冲。
在一个示例中，第一激光信号中光脉冲的占空比可以在1％～99％之间。例如，以100MHz的系统重复频率为例，如果发送设备按照50％的占空比来生成光脉冲，那么经过斩波后可以生成包络为5ns宽方波的线偏振光脉冲。
当生成第一激光信号后，发送设备可以通过对第一激光信号的调制，将需要发送的第一随机数据和第二随机数据，以及用于接收设备分析信道特性变化情况的至少两个参考数据加载到第一激光信号上，得到第二激光信号。
在本申请中，第二激光信号中加载了第一随机数据和第二随机数据的光脉冲称为量子光，发送设备通过量子光传输第一随机数据和第二随机数据；第二激光信号中加载了至少两个参考数据中的任一个参考数据的光脉冲称为参考光，接收设备可以通过参考光分析信道特性变化情况(例如，时延不稳定、相位发生偏差以及偏振方向旋转等情况)，以计算修正参数，来对获得的随机数据进行修正。
需要说明的是，接收设备在每次分析一组量子光(包括至少一个量子光)所经历的信道特性变化情况时，都需要通过对至少两组参考光(每一组参考光可以包括至少一个参考光)进行探测分析来获得。因此，在本申请中，第二激光信号中的每一组量子光和两组参考光为一个计算周期。其中，这一组量子光在第一偏振方向上加载了第一随机数据，在第二偏振方向上加载了第二随机数据。这两组参考光中的第一组参考光中的每个参考光上加载的参考数据都相同，第二组参考光中的每个参考光上加载的参考数据也都相同。其中，第一组参考光在第一偏振方向上的分量上的x分量上加载了X1，该第一组参考光在第一偏振方向上的分量上的p分量上加载了X2，该第一组参考光在第二偏振方向上的分量上的x分量上加载了Y1，该第一组参考光在第二偏振方向上的分量上的p分量上加载了Y2，该两组参考光中的第二组参考光在第一偏振方向上的分量上的x分量上加载了X3，该第二组参考光在第一偏振方向上的分量上的p分量上加载了X4，该第二组参考光在第二偏振方向上的分量上的x分量上加载了Y3，该第二组参考光在第二偏振方向上的分量上的p分量上加载了Y4。
示例性的，以量子光的第一偏振方向上的调制为例，假设第一随机数据包括多对数据，其中一对数据为a1(x分量)和a2(p分量)。即数据a1和a2为根据预设的调制协议的调制制式获得的一对随机数据。比如对于高斯调制协议，a1和a2就是服从某个方差和均值的高斯随机数；对于QPSK调制，a1和a2就是服从某个特定取值的两点分布。
假设在调制得到量子光时，生成的第一偏振方向上的相干态为|α>，其中α＝f1(a1)+if2(a2)，f1表示将a1加载到量子光在第一偏振方向上的x分量上时经历的函数变换，f2表示将a2加载到量子光在第一偏振方向上的p分量上时经历的函数变换。在一个示例中，f1(a1)＝a1，f2(a2)＝a2。若μ代表该相干态的平均光子数，则
Figure BDA0001326362270000122
那么，在本申请中，量子光在第一偏振方向上加载了第一随机数据，即为经过调制得到的量子光在第一偏振方向上的x分量为f1(a1)，在第一偏振方向上的p分量为f2(a2)。
同理，以参考光的第一偏振方向上的调制为例，如果参考数据分别为X1(x分量)和X2(p分量)，假设在调制得到参考光时，生成的第一偏振方向上的相干态为|β>，那么，β＝f3(X1)+if4(X2)，f3表示将X1加载到参考光在第一偏振方向上的x分量上时经历的函数变换，f4表示将X2加载到参考光在第一偏振方向上的p分量上时经历的函数变换。在一个示例中，f3(X1)＝X1，f4(X2)＝X2。若ν代表该相干态的平均光子数，则
Figure BDA0001326362270000121
而参考数据X1和X2为根据协议所选调制制式而决定的随机数。比如对于高斯调制协议，X1(和X2)就是服从某个方差和均值的高斯随机数；对于QPSK调制，X1(和X2)就是服从某个特定取值的两点分布。
可以理解的是，在本申请中，参考光在第一偏振方向上的分量上的x分量上加载了X1，即为经过调制得到的参考光在第一偏振方向上的x分量为f3(X1)，第一组参考光在第一偏振方向上的分量上的p分量上加载了X2，即为经过调制得到的参考光在第一偏振方向上的p分量为f4(X2)。
需要说明的是，第一随机数据和第二随机数据是发送设备通过随机数据源生成的，该至少两个参考数据是发送设备从该发送设备的存储器中获取的，或者是通过参考数据输出模块生成的。而在对第一激光信号进行调制的过程中，第一随机数据、第二随机数据以及该至少两个参考数据是按照排列组合方式加载在该第一激光信号上的。因此，对第一激光信号进行调制之前，发送设备可以先通过数据合并器，按照预设的组合模式，将第一随机数据、第二随机数据以及该至少两个参考数据进行排列组合，得到与量子光和参考光的排列顺序相对应的数据序列。且由于发送设备使用调制器调制第一激光信号时，使用的是其他类型的信号，例如电压信号。因此，发送设备还可以通过数据转换器将该数据序列转换为对应的电压信号，从而得到最终使用的调制信号。
在一个示例中，发送设备可以先根据信道特性确定用于产生量子光的信号(以下简称量子信号)和用于产生参考光的信号(以下简称参考信号)的组合模式，然后按照该组合模式将该第一随机数据、该第二随机数据以及该至少两个参考数据进行排列组合，生成该调制信号。其中，量子信号和参考信号的组合模式，决定了通过该调制信号调制所得的第二激光信号中量子光和参考光的组合模式。
例如，如果传输第二激光信号的信道特性变化十分缓慢，或系统工作重复频率极高。那么，通过该调制信号调制所得第二激光信号在一个计算周期内，可以包括若干个量子光和两个参考光。这两个参考光可以分别位于该若干个量子光的两端，也可以夹杂在该若干个量子光之间。如果信道特性变化较快，那么，通过该调制信号调制所得第二激光信号在一个计算周期内，可以增加参考光的数量，即包括若干个量子光和两组若干个参考光。如果信道特性变化非常快，那么，在一个计算周期内，可以包括一个量子光和分别位于该量子光两端的两组若干个参考光。
在一个示例中，量子信号和参考信号的组合模式可以是时分模式，也可以是频分模式。其中，时分模式包括量子信号的数量、参考信号的数量，以及量子信号和参考信号在时域上的分布方式。频分模式包括量子信号的数量、参考信号的数量，以及量子信号和参考信号在频域上的分布方式。
可以理解的是，通过时分模式生成的调制信号，调制所得的第二激光信号中的量子光和参考光也是按照对应该时分模式进行划分，且该第二激光信号中量子光和参考光的数量以及在时域上的分布，与量子信号和参考信号在时域上的分布方式相同。
例如，以脉冲光为例，时分模式是指不同延时位置的光脉冲代表不同类型的光(量子光或者参考光)。示例性的，如图5A所示，第二激光信号包括9个光脉冲，第1、3、4、6、7、9个光脉冲为参考光，第2、5、8个光脉冲为量子光。第1、3个参考光用于分析第2个量子光所经历的信道特性变化情况；第4、6个参考光用于分析第5个量子光所经历的信道特性变化情况；第7、9个参考光用于分析第8个量子光所经历的信道特性变化情况。
同理，通过频分模式生成的调制信号，调制所得的第二激光信号中的量子光和参考光也是按照对应该频分模式进行划分，且该第二激光信号中量子光和参考光的数量以及在频域上的分布，与量子信号和参考信号在频域上的分布方式相同。即通过频分模式可以使得得到的第二激光信号中量子光和参考光的频率不同，但在时间上可以是重合的。例如，如图5B所示，第二激光信号中的一个光脉冲在频率1和频率2为参考光，在频率3为两量子光。一个光脉冲中的两个参考光用于分析该光脉冲中量子光所经历的信道特性变化情况。
在本申请中，发送设备可以生成一个调制信号，来对第一激光信号的两个偏振方向进行调制。发送设备也可以生成两个调制信号，分别对第一激光信号的两个偏振方向进行单的调制。
发送设备可以直接对第一激光信号进行双偏振调制。也可以在对第一激光信号进行双偏振调制之前，可以先将第一激光信号从第一偏振方向和第二偏振方向进行分束，得到第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向分量光。然后分别对第一路偏振光和第二路偏振光进行调制。最后将调制后的第一路偏振光和第二路偏振光合束成一路激光，得到第二激光信号。
在本申请中，发送设备可以利用偏振分束器或者这分束器对第一激光信号进行分束。
下面将结合如下三示例，对发送设备使用调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制的方式进行示例性的说明。
当发送设备生成一个调制信号，且采用时分模式时，发送设备的结构可以如图6A所示，包括光源1，调制信号生成模块2以及双偏振方向调制模块3。
光源1包括激光器11和脉冲模块12，由激光器11生成连续波，再由脉冲模块12将该连续波转换成光脉冲，得到第一激光信号。
调制信号生成模块2可以包括随机信号源21、随机信号源22、参考数据输出模块23、数据合并器24、数据转换器25。随机信号源21生成并输出第一随机数据，随机信号源22生成并输出第二随机数据，参考数据输出模块23输出至少两个参考数据。数据合并器24将输入的第一随机数据、第二随机数据以及至少两个参考数据，按照发送设备确定的时分模式进行排列组合，得到数据序列。数据合并器24得到数据序列后，即可将数据序列输出，发送至数据转换器25，由数据转换器25将该数据序列转换为调制信号。
例1，结合上述图5A，假设随机信号源21的第一随机数据包括3对数据，为{(a1，a2),(a3，a4),(a5，a6)}，随机信号源22第二随机数据包括3对数据，为{(b1，b2),(b3，b4),(b5，b6)}。参考数据输出模块23输出了两个参考数据为(X1，X2，Y1，Y2)T，和(X3，X4，Y3，Y4)T。预设的时分模式为：在每一个偏振方向上包括6个参考信号和3个量子信号，按照光脉冲的时间顺序，在时域上的分布情况是为先排列用于调制第一偏振方向上的分量的各个信号，再排列用于调制第二偏振方向上的分量的各个信号，每一个偏振方向对应的6个参考信号和3个量子信号，按照2个参考信号和1个量子信号为一组进行划分，得到3组信号依次排列，每一组中按照“参考信号，量子信号，参考信号”的顺序排列。
那么，数据合并器24根据该预设的时分模式，先对第一随机数据、第二随机数据以及两个参考数据进行排列，得到的数据序列为{(X1，X2)，(a1，a2),(X3，X4),(X1，X2)，(a3，a4),(X3，X4),(X1，X2)，(a5，a6),(X3，X4)，(Y1，Y2)，(b1，b2),(Y3，Y4),(Y1，Y2)，(b3，b4),(Y3，Y4),(Y1，Y2)，(b5，b6),(Y3，Y4)}。其中，{(X1，X2)，(a1，a2),(X3，X4),(X1，X2)，(a3，a4),(X3，X4),(X1，X2)，(a5，a6),(X3，X4)}为与第一偏振方向对应的数据子序列1，{(Y1，Y2)，(b1，b2),(Y3，Y4),(Y1，Y2)，(b3，b4),(Y3，Y4),(Y1，Y2)，(b5，b6),(Y3，Y4)}为与第二偏振方向对应的数据子序列2。数据合并器24将该数据序列发送至数据转换器25后，即可由数据转换器25将该数据序列转换为对应的电压序列，得到调制信号。
双偏振方向调制模块3可以包括环形器31、偏振分束器32、强度调制器33、相位调制器34、驱动器35以及90°偏振旋转器35。脉冲模块12输出的第一激光信号从环形器31的311’端进入环形器31后，从环形器的312’端输出，并从偏振分束器32的321端进入偏振分束器32。偏振分束器32将第一激光信号一分为二，得到该第一激光信号在第一偏振方向上的分量光(以下称为第一路偏振光)和在第二偏振方向上的分量光(以下称为第二路偏振光)。
第一路偏振光从偏振分束器32的322端输出，按照如图6A所示的逆时针方向，延保偏光纤传输。当经过强度调制器33和相位调制器34时，驱动器35根据调制信号对强度调制器33和相位调制器34进行驱动，以使得强度调制器33和相位调制器34按照调制信号中的电压序列对经过的第一路偏振光进行调制，以将数据子序列1加载在第一路偏振光上。第一路偏振光经过强度调制器33和相位调制器34的调制后，经过90°偏振旋转器35旋转90°，继续沿着保偏光纤传输，从偏振分束器32的323端进入偏振分束器32。
第二路偏振光从偏振分束器32的323端输出，按照如图6A所示的顺时针方向沿着保偏光纤传输，先经过90°偏振旋转器35旋转90°，以使得第一路偏振光和第二路偏振光的偏振方向保持相互垂直。然后经过相位调制器34和强度调制器33。通过相位调制器34和强度调制器33的调制，以将数据子序列2加载在第二路偏振光上。第二路偏振光经过相位调制器34和强度调制器33的调制后，继续沿着保偏光纤传输，从偏振分束器32的322端进入偏振分束器32。
结合上述例1可知，双偏振方向调制模块3采用上述调制信号对第一激光信号中的9个光脉冲进行调制后，即可如图5A所示的第二激光信号中，其中，光脉冲1、4、7在第一偏振方向上的x分量加载了X1，在第一偏振方向上的p分量加载了X2，在第二偏振方向上的x分量加载了Y1，在第一偏振方向上的p分量加载了Y2；光脉冲3、6、9在第一偏振方向上的x分量加载了X3，在第一偏振方向上的p分量加载了X4，在第二偏振方向上的x分量加载了Y3，在第一偏振方向上的p分量加载了Y4；光脉冲2在第一偏振方向上的x分量加载了a1，在第一偏振方向上的p分量加载了a2，在第二偏振方向上的x分量加载了b1，在第二偏振方向上的p分量加载了b2；光脉冲5在第一偏振方向上的x分量加载了a3，在第一偏振方向上的p分量加载了a4，在第二偏振方向上的x分量加载了b3，在第二偏振方向上的p分量加载了b4；光脉冲8在第一偏振方向上的x分量加载了a5，在第一偏振方向上的p分量加载了a6，在第二偏振方向上的x分量加载了b5，在第二偏振方向上的p分量加载了b6。
值得说明的是，由于第一路偏振光和第二路偏振光到达相位调制器34和强度调制器33的时刻是有差异的，即相位调制器34和强度调制器33对第一路偏振光和第二路偏振光的调制在时域上是分离的，因此使用一组调制器能够实现对两个偏振方向分别调制独立的数据。
由于第一路偏振光和第二路偏振光同时从偏振分束器32的323端和322端输出，又经过相同的路径，因此第一路偏振光和第二路偏振光可以同时回到偏振分束器32中。进而，偏振分束器32可以对第一路偏振光和第二路偏振光进行合束，得到第二激光信号。
第二激光信号从偏振分束器32的321端输出，从环形器31的312’端输入，然后从环形器的323端输出，经过信道传输至接收设备。
可选的，结合图6A，如图6B所示，为了得到不同强度的参考光(光强较强)和量子光(光强较弱)，可以在偏振分束器32的323端与90°偏振旋转器35之间增加驱动器36和强度调制器37。从而驱动器36可以根据预设的强度比例，对强度调制器37进行驱动，以使得强度调制器37能够将经过的第一偏振光和第二偏振光中参考光的光强，和量子光的光强调制为预设的强度比例。
当发送设备生成两个调制信号，且采用时分模式时，发送设备的结构可以如图6C所示，包括光源1，调制信号生成模块2以及调制模块3。
与图6A所示的发送设备的结构相比，调制信号生成模块2包括随机信号源21、随机信号源22、参考数据输出模块23、参考数据输出模块26、数据合并器24、数据合并器27、数据转换器25以及数据转换器28。
其中，随机信号源21生成并输出第一随机数据，参考数据输出模块23输出该至少两个参考数据中用于调制第一偏振方向上的分量的序列。数据合并器24将第一随机数据和该至少两个参考数据中用于调制第一偏振方向上的分量的序列，按照预设的时分模式进行排列，得到数据子序列1。然后数据转换器25将数据子序列1转化为调制信号1。
同理，随机信号源22生成并输出第二随机数据，参考数据输出模块26输出该至少两个参考数据中用于调制第二偏振方向上的分量的序列。数据合并器27将第二随机数据和该至少两个参考数据中用于调制第二偏振方向上的分量的序列，也按照该时分模式进行排列，得到数据子序列2。然后数据合并器28将该数据子序列2转换为调制信号2。
例2，结合上述图5A，假设随机信号源21的第一随机数据包括3对数据，为{(a1，a2),(a3，a4),(a5，a6)}，随机信号源22第二随机数据包括3对数据，为{(b1，b2),(b3，b4),(b5，b6)}。参考数据输出模块23输出了两个用于调制第一偏振方向上的分量的序列(X1，X2)T，和(X3，X4)T。参考数据输出模块26输出了两个用于调制第二偏振方向上的分量的序列(Y1，Y2)T，和(Y3，Y4)T。
预设的时分模式为：包括6个参考信号和3个量子信号，按照光脉冲的时间顺序，在时域上的分布情况是按照2个参考信号和1个量子信号为一组，将6个参考信号和3个量子信号划分为3组信号，将该3组信号依次排列，每一组中按照“参考信号，量子信号，参考信号”的顺序排列。
那么，数据合并器24根据该预设的时分模式，先对第一随机数据和两个用于调制第一偏振方向上的分量的序列进行排列，得到的数据子序列1为{(X1，X2)，(a1，a2),(X3，X4),(X1，X2)，(a3，a4),(X3，X4),(X1，X2)，(a5，a6),(X3，X4)}，然后数据转换器25将数据子序列1转换为对应的电压序列，得到调制信号1。
那么，数据合并器27也根据该预设的时分模式，先对第二随机数据和两个用于调制第二偏振方向上的分量的序列进行排列，得到的数据子序列2为{(Y1，Y2)，(b1，b2),(Y3，Y4),(Y1，Y2)，(b3，b4),(Y3，Y4),(Y1，Y2)，(b5，b6),(Y3，Y4)}。然后数据合并器28将该数据子序列2转换对应的电压序列，得到调制信号2。
双偏振方向调制模块3包括偏振分束器32、强度调制器33、相位调制器34、驱动器35、强度调制器38、相位调制器39、驱动器310、延时器311、90°偏振旋转器35以及偏振分束器312。
其中，脉冲模块12输出的第一激光信号从偏振分束器32的321端进入偏振分束器32。偏振分束器32将第一激光信号一分为二，得到第一路偏振光和第二路偏振光。第一路偏振光从偏振分束器32的322端输出，延保偏光纤传输。当经过强度调制器33和相位调制器34时，驱动器35根据调制信号1对强度调制器33和相位调制器34进行驱动，以使得强度调制器33和相位调制器34按照调制信号1中的电压序列对经过的第一路偏振光进行调制，以将数据子序列1加载在第一路偏振光上。第一路偏振光经过强度调制器33和相位调制器34的调制后，经过延时器311，由延时器311对第一路偏振光到达偏振分束器312的时间进行控制，以使得第一路偏振光和第二路偏振光同时到达偏振分束器312。第一路偏振光延时器11后，继续沿着保偏光纤传输，从偏振分束器312的3121端进入偏振分束器312。
第二路偏振光从偏振分束器32的323端输出，沿着保偏光纤传输，当经过强度调制器38和相位调制器39时，驱动器310根据调制信号2对强度调制器38和相位调制器39进行驱动，以使得强度调制器38和相位调制器39按照调制信号2中的电压序列对经过的第二路偏振光进行调制，以将数据子序列2加载在第二路偏振光上。第二路偏振光经过强度调制器38和相位调制器39的调制后，经过90°偏振旋转器35旋转90°，以使得第二路偏振光和第一路偏振光保持相互垂直。第二路偏振光经过90°偏振旋转器35后，从偏振分束器312的3122端进入偏振分束器312。之后，偏振分束器312对第一路偏振光和第二路偏振光进行合束，得到第二激光信号，并通过偏振分束器312的3123端输出至信道。
可选的，结合图6C，如图6D所示，为了得到不同强度的参考光和量子光，还可以在过偏振分束器312的3123端增加驱动器36和强度调制器37。驱动器36根据预设的强度比例，对强度调制器37进行驱动，以使得强度调制器37能够将经过的第二激光信号中参考光的光强，和量子光的光强调制为预设的强度比例。
当发送设备生成二个调制信号，且采用频分模式时，发送设备的结构可以如图6E所示，包括光源1，调制信号生成模块2以及双偏振方向调制模块3。
与如图6C所示的发送设备的结构相比，调制信号生成模块2中数据合并器24将第一随机数据和该至少两个参考数据中用于调制第一偏振方向上的分量的序列，按照“一个光脉冲中频率为ωr1,ωr2的两个光为参考光，频率为ωs的光为量子光”的组合模式进行排列，得到数据子序列3。并由数据转换器25将数据子序列3转化为调制信号1。数据合并器27将第二随机数据和该至少两个参考数据中用于调制第二偏振方向上的分量的序列，也按照“一个光脉冲中频率为ωr1,ωr2的两个光为参考光，频率为ωs的光为量子光”的组合模式进行排列，得到数据子序列4。并由数据合并器28将该数据子序列4转换为调制信号2。
例3，结合上述图5B，假设随机信号源21的第一随机数据包括1对数据，为(a1，a2)，随机信号源22第二随机数据包括1对数据，为(b1，b2)。参考数据输出模块23输出了两个用于调制第一偏振方向上的分量的序列(X1，X2)T，和(X3，X4)T。参考数据输出模块26输出了两个用于调制第二偏振方向上的分量的序列(Y1，Y2)T，和(Y3，Y4)T。
预设的频分模式为：包括2个参考信号和1个量子信号，按照一个光脉冲的频域划分(ωr1,ωr2,ωr3)，在频域上的分布情况是按照“第一个参考信号，第二个参考信号，量子信号”的顺序排列。即第一个参考信号调制频率为ωr1的光，第二个参考信号调制频率Wieωr2光，量子信号调制频率为ωr3光。
那么，数据合并器24根据该预设的频分模式，先对第一随机数据和两个用于调制第一偏振方向上的分量的序列进行排列，得到的数据子序列3为{(X1，X2)，(X3，X4)，(a1，a2)}。然后数据转换器25将数据子序列3转换为对应的电压序列，得到调制信号3。
数据合并器27也根据该预设的频分模式，先对第二随机数据和两个用于调制第二偏振方向上的分量的序列进行排列，得到的数据子序列4为{(Y1，Y2)，(Y3，Y4),(b1，b2)}。然后数据合并器28将该数据子序列4转换对应的电压序列，得到调制信号4。
双偏振方向调制模块3包括驱动器35、驱动器310、DPQPSK调制器313。其中，DPQPSK调制器有两组输入，驱动器35通过调制信号3，驱动DPQPSK调制器313，以使得DPQPSK调制器313将数据子序列3加载在第一偏振方向的光上。驱动器310通过调制信号4，驱动DPQPSK调制器313，以使得DPQPSK调制器313将数据子序列4加载在第二偏振方向的光上。
结合上述例3，可知，双偏振方向调制模块3采用调制信号3和调制信号4对第一激光信号中的1个光脉冲进行调制后，即可如图5B所示的第二激光信号中。其中，第二激光信号中的光脉冲中频率为ωr1的光为第一个参考光，第一个参考光在第一偏振方向上的x分量加载了X1，在第一偏振方向上的p分量加载了X2，在第二偏振方向上的x分量加载了Y1，在第一偏振方向上的p分量加载了Y2；该光脉冲中频率为ωr2的光为第二个参考光，第二个参考光在第一偏振方向上的x分量加载了X3，在第一偏振方向上的p分量加载了X4，在第二偏振方向上的x分量加载了Y3，在第一偏振方向上的p分量加载了Y4；该光脉冲中频率为ωr3的光为量子光，该量子光在第一偏振方向上的x分量加载了a1，在第一偏振方向上的p分量加载了a2，在第二偏振方向上的x分量加载了b1，在第二偏振方向上的p分量加载了b2。
可以看出，通过频分模式，使得每个光脉冲都可以传递2个随机数据，因此使得量子信号率达到了2信号/脉冲。
步骤405，发送设备发送该第二激光信号。
发送设备通过将第二激光信号发送至光纤信道中，传输至接收设备。
步骤406，接收设备对该第二激光信号进行相干探测，以从量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，并从参考光中获取探测数据。
在本申请中，接收设备可以将第二激光信号一分为二，得到该第二激光信号在第一偏振方向上的光和在第二偏振方向上的光。然后接收设备可以通过本地本振光(LocallyLocal Oscillator，LLO)分别对该第二激光信号在两个偏振方向上的光进行干涉，以获取第三随机数据、第四随机数据和探测数据。
示例性的，如图7A所示，为接收设备的一种可能的结构示意图，包括偏振分束器4、光源5、延时器6和延时器7和相干探测模块8。
接收设备从信道接收到第二激光信号后，通过偏振分束器4将第二激光信号一分为二，得到该第二激光信号在第一偏振方向上的光(以下简称第一偏振光)和在第二偏振方向上的光(以下简称第二偏振光)。
光源5包括激光源51、脉冲模块52以及分束器53。其中，激光源51生成连续波，然后由脉冲模块将该连续波转换成光脉冲，得到LLO。在本示例中，分束器53是偏振分束器，用于将得到的LLO进行分束，得到两个偏振方向上的LLO(以下简称为第一LLO和第二LLO)。
需要说明的是，接收设备使用的LLO可以是连续光，也可以是脉冲光，在本示例中，以脉冲光为例进行说明。
延时器6用于控制减小第一LLO与第一偏振光到达相干探测模块8的相位差，以使得第一LLO能够对第一偏振光进行干涉。
延时器7用于控制第二LLO与第二偏振光同时到达相干探测模块8，以使得第二LLO能够对第二偏振光进行干涉。
相干探测模块8包括外差探测器(Heterodyne Detector，HD)81、HD82、模数转换器(Analog-to-digital converter，ADC)83。其中，HD81与分束器53和延时器6之间通过保偏光纤连接，第一LLO和第一偏振光通过保偏光纤输入HD81。其中，保偏光纤能够保持第一LLO和第一偏振光偏振方向不发生旋转。
第一LLO和第一偏振光进入HD81后，HD81控制第一LLO与第一偏振光发生干涉，以探测第一偏振光上加载的数据。然后由ADC83对HD81的探测结果进行采集，获取在第一偏振方向上，从量子光上探测到的第三随机数据，和从参考光上探测到的探测数据。
同理,HD82与分束器53和延时器7之间有也通过保偏光纤连接，第二LLO和第二偏振光通过保偏光纤输入HD82。HD82控制第二LLO与第二偏振光发生干涉，以探测第二偏振光上加载的数据。然后由ADC83对HD82的探测结果进行采集，获取在第二偏振方向上，从量子光上探测到的第三随机数据，和在参考光上探测到的探测数据。
可选的，如图7B所示，为接收设备的另一种可能的结构示意图。与如图7A所示结构相比，是将图7A所示的结构中使用的HD81和HD82，替换为平衡零差探测器(BalancedHomodyne Detector，BHD)84和BHD85。并增加随机信号源86和随机信号源87。
可选的，接收设备也可以先将第二激光信号划分为第一光信号和第二光信号。然后通过不同的相干探测方式对第一光信号和第二光信号分别进行相干探测。例如，接收设备采用第一相干探测方式(例如，调制LLO强度的探测方式)，对第一光信号进行相干探测，以该第一光信号中的参考光中获取探测数据(以下称为第一部分探测数据)，以及从该第一光信号中的量子光中获取该第三随机数据和该第四随机数据。采用第二相干探测方式(例如，高带宽、低增益的探测方式)，对第二光信号进行相干探测，仅探测第二光信号中的参考光，以该第二光信号中的参考光中获取探测数据(以下称为第二部分探测数据)。
示例性的，接收设备的结构可以如图7C所示，包括分束器9、偏振分束器4、偏振分束器10、偏振分束器11、偏振分束器12、光源5、延时器6、延时器7、延时器13、延时器14和相干探测模块8。
其中，分束器9可以是非平衡的分束器，例如，分束器9是透过率较高的分束器，能够将输入的光，划分为90％的光和10％的光，并输出。假设，经过信道传输的第二激光信号从分束器9的B端进入分束器9，90％的光作为第一光信号从分束器9的B1端输出，10％的光作为第二光信号从分束器9的B2端输出。
接收设备通过偏振分束器4将第一光信号一分为二，得到第一光信号在第一偏振方向上的光(以下简称第一偏振光1)和在第二偏振方向上的光(以下简称第二偏振光1)。
接收设备通过偏振分束器10将第二光信号一分为二，得到第二光信号在第一偏振方向上的光(以下简称第一偏振光2)和在第二偏振方向上的光(以下简称第二偏振光2)。
光源5包括激光源51、脉冲模块52以及分束器53。其中，激光源51生成连续波，然后由脉冲模块将该连续波转换成光脉冲，得到LLO。在本示例中，分束器53可以是非平衡的分束器，用于对LLO进行分束，得到两路LLO(以下简称为第一路LLO和第二路LLO)。
接收设备通过偏振分束器11将第一路LLO一分为二，得到第一路LLO在第一偏振方向上的光(以下简称第一LLO1)和在第二偏振方向上的光(以下简称第二LLO1)。
接收设备通过偏振分束器12将第二路LLO一分为二，得到第二路LLO在第一偏振方向上的光(以下简称第一LLO2)和在第二偏振方向上的光(以下简称第二LLO2)。
延时器6用于控制减小第一LLO1与第一偏振光1到达相干探测模块8的相位差。
延时器7用于控制减小第二LLO1与第二偏振光1到达相干探测模块8的相位差。
延时器13用于控制减小第一LLO2与第一偏振光2到达相干探测模块8的相位差。
延时器14用于控制减小第二LLO2与第二偏振光2到达相干探测模块8的相位差。
相干探测模块8包括HD81、HD82、ADC83、HD88、HD89。HD81、HD82为能够然测量子光的高增益的探测器。第一LLO1和第一偏振光1进入HD81后，HD81控制第一LLO1与第一偏振光1发生干涉，以探测第一偏振光1上加载的数据。然后由ADC83对HD81的探测结果进行采集，以获取第一光信号中量子光在第一偏振方向上的第三随机数据，以及第一光信号中的参考光在第一偏振方向上的探测数据。
第二LLO1和第二偏振光1进入HD82。HD82控制第二LLO1与第二偏振光1发生干涉，以探测第二偏振光1上加载的数据。然后由ADC83对HD82的探测结果进行采集，以获取第一光信号中量子光在第二偏振方向上的第四随机数据，以及第一光信号中的参考光在第二偏振方向上的探测数据。可以理解的是，第一光信号中的参考光在第一偏振方向上的探测数据和第一光信号中的参考光在第二偏振方向上的探测数据，为第一光信号中参考光上的第一探测数据。
HD88、HD89为能够对光强较强的参考光进行探测的低增益的探测器。HD88和HD89仅对第二光信号中的参考光进行探测。由于HD88和HD89的增益低，因此在探测过程中不易出现饱和现象，从而能够提高对参考光的探测精度。
第一LLO2和第一偏振光2进入HD88后，HD88控制第一LLO2与第一偏振光2发生干涉，以探测第一偏振光2中参考光上加载的数据。然后由ADC83对HD88的探测结果进行采集，以获取第二光信号中参考光在第一偏振方向上的探测数据。
第二LLO2和第二偏振光2进入HD89。HD89控制第二LLO2与第二偏振光2发生干涉，以探测第二偏振光2中参考光上加载的数据。然后由ADC83对HD89的探测结果进行采集，以获取第二光信号中参考光在第二偏振方向上的探测数据。可以理解的是，第二光信号中的参考光在第一偏振方向上的探测数据和第二光信号中的参考光在第二偏振方向上的探测数据，为第二光信号中参考光上的第二探测数据。
步骤407，接收设备获取参考光的参考数据。
其中，参考光的参考数据为发送设备在调制每一个参考光时使用的参考数据。需要说明的是，接收设备和发送设备都可以预先保存相同的至少两个参考数据，从而当接收设备需要计算第一修正参数时，接收设备即可从该接收设备的存储器中获取每一个参考光的参考数据。
可选的，接收设备也可以通过接收发送设备发送的参考数据来获取。
步骤408，接收设备根据参考光的参考数据和探测数据，计算第一修正参数。
需要说明的是，接收设备在每个计算周期内都会计算一个对应的第一修正参数。即在一个计算周期内，接收设备可以根据该计算周期内的两组参考光的参考数据和探测数据，计算与在该计算周期内信道的变化情况对应第一修正参数。
在说明计算第一修正参数的具体实施方式之前，首先简述信道对入射光偏振的旋转效应。一段长光纤可以等价为许多段双折光纤元的级联，每一段的慢轴方向是任意的(参考自书籍《PHOTONICS：Optical Electronics in Modern Communications,SixthEdition》Amnon Yariv等著)，其总的琼斯矩阵可以表示为：
Figure BDA0001326362270000231
其中，
Figure BDA0001326362270000232
为两个复系数，且满足|a|2+|b|2＝1。其中，a0、b0和i均为信道参数。假设发送设备调制时，入射光在第一偏振方向上的正则分量记为
Figure BDA0001326362270000233
而在第二偏振方向上的正则分量记为
Figure BDA0001326362270000234
经过光纤信道的传输后，输出光在第一偏振方向上(假设为光场模式c)的正则分量记为
Figure BDA0001326362270000235
在第二偏振方向上(假设为光场模式d)的正则分量记为
Figure BDA0001326362270000236
矩阵S表示偏转参数，则输出光和入射光的正则分量之间存在如下辛变换关系：
Figure BDA0001326362270000237
若记矩阵R为
Figure BDA0001326362270000238
则矩阵S可以简记为
Figure BDA0001326362270000241
第二激光信号经过光纤信道到达接收设备的过程中，除了会发生上述偏振旋转效应，量子光和参考光到达接收设备时，与LLO之间还会存在一个未知相位差的。示例性的，若结合如图7A或7B所示，第二激光信号由偏振分束器4分束后得到的第一偏振光和第二偏振光，将经过不同路径与各自LLO进行干涉。延时器6、7是用来匹配第一偏振光和第二偏振光和各自的LLO之间相位差的。但普遍来讲，相位差无法实现完全匹配，因此，假设光场模式c和光场模式d与各自LLO之间的额外相差为θc和θd。则最终进入相干探测模块8的两光场模式c′和光场模式d′的正则分量，与光场模式c和光场模式d的正则分量之间的关系为(本实施例中暂假设存在发端激光器和收端激光器之间没有频偏)：
Figure BDA0001326362270000242
其中，
Figure BDA0001326362270000243
若发送设备采用如图6C或6D所示的结构，第一路偏振光和第二路偏振光在通过偏振分束器312合束之前，延时器311也很难完全补偿第一路偏振光和第二路偏振光的相位差。那么，可以假设第一路偏振光和第二路偏振光在通过偏振分束器312合束时的实际相位，相对于调制信号的参考点的差异分别为(θa,θb)和(θc,θd)，则可得到
Figure BDA0001326362270000244
综上可知，接收设备最终探测到的量子光上加载的正则分量和发送设备通过调制加载在量子光上的正则分量之间满足的变换关系为：
Figure BDA0001326362270000245
其中，
Figure BDA0001326362270000251
Figure BDA0001326362270000252
S′代表最终的辛变换矩阵，即第一修正参数。
那么，接收设备需要根据参考光的探测数据和参考数据计算上述矩阵S′的各个元素，或等效的各个未知变量a0,b0,
Figure BDA0001326362270000253
θ0。
下面将以一个计算周期为例，对接收设备根据参考光的参考数据和探测数据，计算第一修正参数的方式进行示例性的说明。
假设，在一个计算周期内，两组参考光中第一组参考光的参考数据为(x1,0,0,0)T，探测数据为
Figure BDA0001326362270000254
其中，
Figure BDA0001326362270000255
为探测到的第一组参考光在第一偏振方向上的正则分量的平均值，
Figure BDA0001326362270000256
为探测到的第一组参考光在第二偏振方向上的正则分量的平均值。第二组参考光的参考数据为(0,0,x2,0)T，探测数据为
Figure BDA0001326362270000257
其中，
Figure BDA0001326362270000258
为探测到的第二组参考光在第一偏振方向上的正则分量的平均值，
Figure BDA0001326362270000259
为探测到的第二组参考光在第二偏振方向上的正则分量的平均值。
假设信道的衰减在各个方向是均匀的，综合透过率(包括信道的衰减率和接收设备内所有仪器设备的衰减率之和)为η，且忽略真空噪声的影响。那么，两组参考光的参考数据和探测数据满足以下方程组：
Figure BDA00013263622700002510
通过对上述方程组进行分析，可以得到：
Figure BDA00013263622700002511
Figure BDA00013263622700002512
那么通过计算可以得到第一修正参数S′矩阵为：
Figure BDA00013263622700002513
进一步的，假设将矩阵S′的第一行和第三行的元素分别依次表示为z1,z2,z3,z4,z5,z6,z7,z8，那么得到的矩阵S′即为：
Figure BDA0001326362270000261
可以理解的是，当对于任意两组参考光，例如，第一组参考光的参考数据为(X1，X2，Y1，Y2)T，探测数据为
Figure BDA0001326362270000262
第二组参考光的参考数据为(X3，X4,Y3,Y4)T，探测数据为
Figure BDA0001326362270000263
带入如下方程组，即可求解出第一修正参数S′中的各个元素：
Figure BDA0001326362270000264
值得说明的是，由于一个计算周期内的这两组参考光的参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T和(X3，X4,Y3,Y4)T组成的矩阵
Figure BDA0001326362270000265
是满秩的。因此通过这两组参考光的参考数据和探测数据求解出的z1,z2,z3,z4,z5,z6,z7,z8均是唯一的。从而即可与该计算周期对应的第一修正参数S′矩阵。
可选的，当接收设备的结构如图7C所示时，一方面，第二激光信号中的光脉冲从如图7C所示的A点进入信道，至进入接收设备的HD81(如图7C所示的C1点)和HD82(如图7C所示的C2点)，光脉冲在两个偏振方向上的正则分量经历的旋转变化可分为两部分：第一部分是从A点进入信道，至分束器9的输入端，即如图7C所示的B点(在本示例中分束器9的输出端B1、B2点和B点的状态相同)，信道对第二激光信号的偏振旋转效应；第二部分是从分束器9的B1端口出来，至C1点和C2点，第一偏振光1和第二偏振光1的不同的相位差θC1,θC2。
那么，当光脉冲在C1点和C2点的正则分量(即第一光信号到达HD81和HD82时，在第一偏振方向上和第二偏振方向上)，与在A点时光脉冲在第一偏振方向和第二偏振方向上的正则分量之间的关系，可以表示为如下：
Figure BDA0001326362270000271
其中，
Figure BDA0001326362270000272
另一方面，光脉冲从A点进入信道，到进入接收设备HD88(如图7C所示的D1点)和HD89(如图7C所示的D2点)，光脉冲在两个偏振方向上的正则分量经历的旋转变化也可分为两部分：第一部分是从A点进入信道，至到达分束器9的B点，信道对偏振的旋转效应；第二部分是从分束器9的B2端口出来，至D1点和D2点，第一偏振光2和第二偏振光2的不同的相位差θD1,θD2。
当光脉冲在D1点和D2点的正则分量(即第二光信号到达HD88和HD89时，在第一偏振方向和第二偏振方向上的正则分量)，与在A点时光脉冲在第一偏振方向上和第二偏振方向上的正则分量之间的关系，可以表示为如下：
Figure BDA0001326362270000273
其中，
Figure BDA0001326362270000274
可以理解的是，矩阵S是由长距离的信道光纤引起的变化，其变化速率相对较快，而RC、RD是接收设备内部较短的连接光纤引起的变化，其变化速率相对较慢。
当接收设备利用HD88和HD89获得第二探测数据后，即可计算出第二光信号所经历的整的编号矩阵S2，S2＝RDS。
对于接收设备利用HD81和HD82对获得的第一探测数据，由于为了测量量子光，HD81和HD82是高增益探测器，在对第一光信号的探测过程中，电噪声的幅度也较大。因此，HD81和HD82对第一光信号中参考光的测量结果的精确度，低于HD88和HD89对第二光信号中参考光的测量结果的精确度。第一探测数据和第二探测数据之间的关系可以如下所示：
Figure BDA0001326362270000275
其中，
Figure BDA0001326362270000276
相表示噪声(包括真空噪声和电噪声)。
由于RC、RD是变化速率相对较慢的矩阵，对相邻较多个计算周期内的参考光具有同样的变换作用。因此，如果将多个相邻周期内的HD81、HD82的测量结果和HD88、HD89的测量结果做互相关操作后，可以得到线性方程组。在本示例中，由于噪声测量的随机性，在互相关操作中取平均时，可以压缩噪声的方差，即降低噪声对估算不确定性的影响。
例如，以两组互相关数据
Figure BDA0001326362270000281
(表示第一光信号中的参考光在第一偏振方向上的x分量，和第二光信号中的参考光在第一偏振方向上的x分量的乘积的平均值)，和
Figure BDA0001326362270000282
(表示第一光信号中的参考光在第一偏振方向上的x分量，和第二光信号中的参考光在第一偏振方向上的p分量的乘积的平均值)为例。对这两组数据执行互相关操作，可以得到如下方程组：
Figure BDA0001326362270000283
由于噪声和任何数据都没有关联，结合噪声在取平均后近似为零的特性，那么上述方程组(1)即可近似表示为方程组(2)。
Figure BDA0001326362270000284
通过上述方程组(2)即可求解出R(θC1)R-1(θD1)。
同理，可以根据
Figure BDA0001326362270000285
和
Figure BDA0001326362270000286
求解出R(θC2)R-1(θD2)。那么，根据求解出的R(θC1)R-1(θD1)以及R(θC2)R-1(θD2)，就可以求解出矩阵RCRD -1。
进一步的，在得到矩阵
Figure BDA0001326362270000287
后，就可以计算出量子光到达HD81和HD82时所经历的变换矩阵即：
S1＝RCS＝RCRD -1RDS＝RCRD -1S2
可以理解的是矩阵S1即为第一修正参数。
当接收设备计算得到第一修正参数后，接收设备和/或发送设备即可利用第一修正参数执行数据修正操作，以使得发送设备和接收设备能够确定相同的两个随机数据。
下面将结合4种可能的实现方式，对接收设备和/或发送设备即可利用第一修正参数执行数据修正操作进行示例性的说明。
在一个示例中，如图4所示，在上述步骤408之后，该方法还包括：
步骤409，接收设备根据第一修正参数，对第三随机数据和第四随机数据进行数据修正。
在该示例中，由接收设备直接对探测到的随机数据进行数据修正操作。以第一修正参数为上述矩阵S′为例，(xB1,pB1)和(xB2,pB2)分别为接收设备探测到的第三随机数据和第四随机数据。接收设备可以将(xB1,pB1,xB2,pB2)与矩阵S′的逆矩阵S′T相乘，得到修正后的第三随机数据(x′B1,p′B1)和第四随机数据(x′B2,p′B2)，即(x′B1,p′B1,x′B2,p′B2)T＝S′T(xB1,pB1,xB2,pB2)T。
值得说明的是，假设发送设备在量子光的第一偏振方向上加载的第一随机数据为(xA1,pA1)，在第二偏振方向上加载的第二随机数据为(xA2,pA2)。那么，(xB1,pB1,xB2,pB2)和(xA1,pA1,xA2,pA2)具有如下关系：
(xB1,pB1,xB2,pB2)T＝λ·S′(xA1,pA1,xA2,pA2)T+(NA1x,NA1p,NA2x,NA2p)T
其中，N代表真空噪声，λ代表与调制方差相关的参数。由于矩阵S′是幺正的，那么根据幺正矩阵的特性，可以得到如下变换：
(x′B1,p′B1,x′B2,p′B2)T
＝S′T(xB1,pB1,xB2,pB2)T
＝λ·S′TS′(xA1,pA1,xA2,pA2)T+S′T(NA1x,NA1p,NA2x,NA2p)T
＝λ·(xA1,pA1,xA2,pA2)T+(N′A1x,N′A1p,N′A2x,N′A2p)T
根据幺正矩阵的特性，不难算出新的噪声项(N′A1x,N′A1p,N′A2x,N′A2p)中各自的方差仍为一个真空噪声方差，且相互之间是没有关联的。即上述变换保持了各真空噪声的独立性，且该噪声不为窃听者所控制。
可以看出，修正后的第三随机数据和第四随机数据，与发送设备生成的第一随机数据与第二随机数据具有最大关联。
可选的，结合图4，如图8所示，在上述步骤408之后，该方法还包括：
步骤410，该接收设备向该发送设备发送该第一修正参数。
步骤411，发送设备根据第一修正参数对第一随机数据和第二随机数据进行数据修正。
在该示例中，由发送设备直接对生成的随机数据进行数据修正操作。以第一修正参数为上述矩阵S′为例，(xA1,pA1)和(xA2,pA2)分别为第一随机数据和第二随机数据，通过将(xA1,pA1,xA2,pA2)T与矩阵S′相乘，即可得到修正后的第一随机数据(xA1',pA1')和第二随机数据(xA2',pA2')。即(xA1',pA1',xA2',pA2')T＝S′(xA1,pA1,xA2,pA2)T。
值得说明的是，在本示例中，由发送设备对随机数据进行修正操作。对于反向协调协议，由于未修正前的随机数据足以完成安全性评估的关键步骤，即评估窃听者获取了多少关于接收设备测量数据的信息。因此，此时发送设备对随机数据进行修正能够使发送设备的随机数据和接收设备的随机数据具有最大关联，以降低纠错所需要的校验信息量。
可选的，结合图4，如图9所示，在上述步骤408之后，该方法还包括：
步骤412，该接收设备向该发送设备发送该第一修正参数。
步骤413，发送设备获取第二修正参数。
步骤414，发送设备根据第一修正参数和第二修正参数，对第一随机数据和第二随机数据进行数据修正。
假设以第一修正参数为上述矩阵S′，第二修正参数为S3为例，(xA1,pA1)和(xA2,pA2)分别为第一随机数据和第二随机数据，通过将(xA1,pA1,xA2,pA2)T与矩阵S′和S3相乘，即可得到修正后的第一随机数据(xA1',pA1')和第二随机数据(xA2',pA2')。即(xA1',pA1',xA2',pA2')T＝S3S′(xA1,pA1,xA2,pA2)T。
步骤415，接收设备获取第二修正参数。
步骤416，接收设备根据第二修正参数，将第三随机数据修正为第五随机数据，将第四随机数据修正为第六随机数据。
假设(xB1,pB1)和(xB2,pB2)分别为接收设备探测到的第三随机数据和第四随机数据。接收设备可以将(xB1,pB1,xB2,pB2)与矩阵S3相乘，得到修正后的第三随机数据(x′B1,p′B1)和第四随机数据(x′B2,p′B2)，即(x′B1,p′B1,x′B2,p′B2)T＝S3(xB1,pB1,xB2,pB2)T。
在该示例中，接收设备和发送设备均对随机数据进行数据修正，以使得修正后的第一随机数据和第二随机数据与修正后的第三随机数据和第四随机数据具有最大关联。
需要说明的是，第二修正参数可以预设在发送设备和/或接收设备中。即，对于发送设备来说，第二修正参数可以与设置在发送设备中，也可以接收接收设备发送的第二修正参数。同理，对于接收设备来说，第二修正参数可以与设置在接收设备中，也可以接收发送设备发送的第二修正参数。
可选的，结合图4，如图10所示，在上述步骤408之后，该方法还包括：
步骤417，发送设备获取第二修正参数。
步骤418，发送设备根据第二修正参数，将第一随机数据修正为第七随机数据，将第二随机数据修正为第八随机数据。
示例性的，假设第二修正参数为S3，(xA1,pA1)和(xA2,pA2)分别为第一随机数据和第二随机数据，通过将(xA1,pA1,xA2,pA2)T与和S3相乘，即可得到修正后的第一随机数据(xA1',pA1')和第二随机数据(xA2',pA2')。即(xA1',pA1',xA2',pA2')T＝S3(xA1,pA1,xA2,pA2)T。
步骤419，接收设备获取第二修正参数。
步骤420，接收设备根据第一修正参数和第二修正参数，对第三随机数据和第四随机数据进行数据修正。
假设第一修正参数为上述矩阵S′，(xB1,pB1)和(xB2,pB2)分别为接收设备探测到的第三随机数据和第四随机数据。接收设备可以将(xB1,pB1,xB2,pB2)与矩阵S′的逆矩阵S′T和矩阵S3相乘，得到修正后的第三随机数据(x′B1,p′B1)和第四随机数据(x′B2,p′B2)，即(xB1',pB1',xB2',pB2')T＝S3S′T(xB1,pB1,xB2,pB2)T。
在该示例中，接收设备和发送设备均对随机数据进行数据修正，以使得修正后的第一随机数据和第二随机数据与修正后的第三随机数据和第四随机数据具有最大关联。
需要说明的是，在步骤408之后，上述列举的4种数据修正操作择一执行。
可选的，当接收设备和/或发送设备完成数据修正操作之后，接收设备和/或发送设备即可进一步对修正后的随机数据进行后处理操作，例如，测量基比对与数据筛选、参数估计、数据纠错、保密增强等后处理操作。
从上述实施例可以看出，采用本申请提供的数据传输方法，发送设备通过对第一激光信号的两个相互垂直的偏振方向上进行调制，使得得到的第二激光信号在这两个偏振方向上，分别加载了两个相互独立的随机数据，由于这两个偏振方向相互垂直，相互之间无串扰，因此，在保证不影响系统安全性的情况下，充分利用了信道资源，将系统的成码率提高了一倍，从而解决了信道资源浪费的问题。
参见图11A，为本申请提供的一种发送设备的一个实施例的结构示意图。所述发送设备用于执行图4、以及图8至图10所对应的数据传输方法。
如图11A所示，所述发送设备包括：
生成单元1101，用于生成第一随机数据和第二随机数据。
所述生成单元1101，还用于确定至少两个参考数据，所述至少两个参考数据中的任意两个参考数据满足以下条件。
所述任意两个参考数据中的一个参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T与另一个参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且(X1，X2，Y1，Y2)T与(X3，X4,Y3,Y4)T构成的矩阵
Figure BDA0001326362270000321
满秩。
所述生成单元1101，还用于根据所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据生成调制信号。
调制单元1102，用于使用所述生成单元1101生成的所述调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向相互垂直，所述第二激光信号包括量子光和参考光。
其中，所述第二激光信号中的每一个计算周期包括一组量子光和两组参考光，所述一组量子光在第一偏振方向上加载了所述第一随机数据，所述一组量子光在第二偏振方向上加载了所述第二随机数据，所述两组参考光中的第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载了X1，所述第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载了X2，所述第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载了Y1，所述第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载了Y2，所述两组参考光中的第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载了X3，所述第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载了X4，所述第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载了Y3，所述第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载了Y4。
发送单元1103，用于发送所述第二激光信号。
需要说明的是，在本申请中，上述生成单元1101可以包括随机数据源、处理器、存储器等。调制单元1102可以包括但不限于强度调制器、相位调制器、以及每个调制器所需的驱动器。还可以包括环形器、分束器、偏振分束器、90°偏振旋转器以及延时器等中的一个或多个器件。发送单元1103可以是激光信号经过调制之后的输出端口。
可选的，结合图11A，如图11B所示，所述发送设备还包括分束单元1104。所述分束单元1104，用于在所述调制单元1102使用所述调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号之前，将所述第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光。
可选的，所述分束单元1104将所述第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光，具体包括：利用偏振分束器PBS或者分束器BS，将所述第一激光信号分为所述第一偏振方向上的分量光和所述第二偏振方向上的分量光。
可以理解的是，本申请中分束单元1104可以包括偏振分束器和/或者分束器。
示例性的，调制单元1102和分束单元1104可以是如图6A-6E任一所示的双偏振调制模块3。可以理解的是，以图6A为例，发送单元可以是环形器31的输出端口313。以图6C为例，发送单元可以是偏振分束器312的输出端口3123。
可选的，所述调制信号的个数为2，所述调制单元1102使用所述调制信号对第一激光信号进行调制，得到第二激光信号，具体包括：将所述第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光；采用两个调制信号中的第一个调制信号对所述第一偏振方向上的分量光进行调制，采用所述两个调制信号中的第二个调制信号对所述第二偏振方向上的分量光进行调制；将调制后的所述第一偏振方向上的分量光进行90°偏振旋转；将调制后的所述第二偏振方向上的分量光进行延时，使得调制后的所述第一偏振方向上的分量光与调制后的所述第二偏振方向上的分量光在时域上重合；将经过90°偏振旋转后的所述第一偏振方向上的分量光，和经过延时后的所述第二偏振方向上的分量光进行合束，得到所述第二激光信号。
可选的，所述生成单元1101根据所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据生成调制信号，具体包括：根据信道特性确定用于产生参考光的信号和用于产生量子光的信号的组合模式，所述信道特性为传输所述第二激光信号的信道的特性；按照所述组合模式将所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据进行排列组合，生成所述调制信号。
可选的，所述组合模式为时分模式，所述时分模式包括所述用于产生量子光的信号的数量和所述用于产生参考光的信号的数量，以及所述用于产生量子光的信号和所述用于产生参考光的信号在时域上的分布方式。
可选的，所述组合模式包括频分模式，所述频分模式包括所述用于产生量子光的信号的数量和所述用于产生参考光的信号的数量，以及所述用于产生量子光的信号和所述用于产生参考光的信号在频域上的分布方式。
可选的，结合图11B，如图11C所示，所述发送设备还包括接收单元1105和修正单元1106，所述接收单元1105，用于接收接收设备发送的第一修正参数；所述修正单元1106，用于根据所述接收单元1105接收的所述第一修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
可选的，结合图11B，如图11D所示，所述发送设备还包括接收单元1105、获取单元1107和修正单元1106。
所述接收单元1105，用于接收所述接收设备发送的第一修正参数。
所述获取单元1107，用于获取第二修正参数。
所述修正单元1106，用于根据所述获取单元1107获取的所述第二修正参数和所述接收单元1105接收的所述第一修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
可选的，结合图11B，如图11E所示，所述发送设备还包括获取单元1106和修正单元1107。
所述获取单元1107，用于获取第二修正参数。
所述修正单元1106，用于根据所述获取单元1107获取的所述第二修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
需要说明的是，上述接收单元可以是无线通信接口，也可以是有线通信接口。修正单元和获取单元可以是处理器和存储器的结合。
采用本申请提供的发送设备，通过对第一激光信号在两个相互垂直的偏振方向上进行调制，使得得到的第二激光信号在这偏振方向上，分别加载了两个相互独立的随机数据，由于这两个偏振方向相互垂直，相互之间无串扰，因此，在保证不影响系统安全性的情况下，充分利用了信道资源，将系统的成码率提高了一倍，从而解决了信道资源浪费的问题。
参见图12A，为本申请提供的一种接收设备的一个实施例的结构示意图。所述接收设备用于执行图4、以及图8至图10所对应的数据传输方法。
如图12A所示，所述接收设备包括：
接收单元1201，用于接收第二激光信号，所述第二激光信号包括量子光和参考光.
探测单元1202，用于对所述接收单元1201接收到的所述第二激光信号进行相干探测，以从所述量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从所述参考光中获取探测数据。
获取单元1203，用于获取所述参考光的参考数据，所述参考数据为所述发送设备在调制所述参考光时使用的参考数据。
计算单元1204，用于根据所述获取单元1203获取的所述参考光的参考数据和所述探测单元1202探测的所述探测数据，计算第一修正参数。
其中，所述第二激光信号中的每一组量子光和两组参考光为一个计算周期，所述两组参考光中的第一组参考光的参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T和所述两组参考光中的第二组参考光的参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且矩阵
Figure BDA0001326362270000351
满秩，X1为所述第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X2为所述第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y1为所述第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y2为所述第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据，X3为所述第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X4为所述第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y3为所述第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y4为所述第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据。
需要说明的是，在本申请中，上述接收单元1201，可以是接收设备与光纤信道连接的接口，例如，是接收设备中与光纤信道连接的BS或者PBS的输入接口。探测单元可以包括本地本振光源、BHD、HD、ADC、延时器、分束器、偏振分束器等器件。获取单元和计算单元可以是存储器以及处理器的结合。
示例性的，接收设备的接收单元和探测单元的结构可以参见如图7A-7C任一所示的结构示意图。以如7A为例，接收单元可以是偏振分束器4与信道连接的输入端口。以图7C为例，接收单元可以是分束器9与信道连接的输入端口。
可选的，所述探测数据包括第一部分探测数据和第二部分探测数据，所述探测单元1202对所述第二激光信号进行相干探测，以从所述量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从所述参考光中获取探测数据，具体包括：将所述第二激光信号划分为第一光信号和第二光信号；采用第一相干探测方式对所述第一光信号进行相干探测，以从所述第一光信号中的参考光中获取所述第一部分探测数据，以及从所述第一光信号中的量子光中获取所述第三随机数据和所述第四随机数据；采用第二相干探测方式对所述第二光信号进行相干探测，以所述第二光信号中的参考光中获取所述第二部分探测数据。
可选的，结合图12A，如图12B所示，所述接收设备还包括发送单元1205，所述发送单元1205，用于在所述计算单元1204根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，向所述发送设备发送所述计算单元1204计算的所述第一修正参数。
需要说明的是，可以是通信接口，例如无线接口，或者有线接口。
可选的，结合图12A，如图12C所示，所述接收设备根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，所述接收设备还包括修正单元1206。
所述修正单元1206，用于在所述计算单元1204根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，根据所述计算单元1204计算的所述第一修正参数对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
可选的，结合图12B，如图12D所示，所述接收设备还包括修正单元1206。
所述获取单元1203，还用于在所述探测单元1202获取所述第三随机数据和所述第四随机数据之后，获取第二修正参数。
所述修正单元1206，用于根据所述获取单元1203获取的所述第二修正参数对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
可选的，结合图12B，如图12D所示，所述接收设备还包括修正单元1206。
所述获取单元1203，还用于在所述计算单元1204根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，获取第二修正参数；
所述修正单元1206，用于根据所述计算单元1204计算的所述第一修正参数和所述获取单元1203获取的所述第二修正参数，对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
需要说明的是，上述发送单元可以是有线通信接口或者无线通信接口，修正单元可以是处理器和存储器的结合。
从上述实施例可以看出，采用本申请提供的接收设备方法，能够在第二激光信号中获取第三随机数据和第四随机数据。由于发送设备在第二激光信号的两个相互垂直的偏振方向上，分别加载了两个相互独立的随机数据，这两个偏振方向相互垂直，相互之间无串扰，因此，在保证不影响系统安全性的情况下，充分利用了信道资源，将系统的成码率提高了一倍，从而解决了信道资源浪费的问题。。
具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的呼叫方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于发送设备的实施例和接收设备的而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (33)

1.一种数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
发送设备生成第一随机数据和第二随机数据；
所述发送设备确定至少两个参考数据，所述至少两个参考数据中的任意两个参考数据满足以下条件：
所述任意两个参考数据中的一个参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T与另一个参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且(X1，X2，Y1，Y2)T与(X3，X4,Y3,Y4)T构成的矩阵
Figure FDA0002869667710000011
满秩；
所述发送设备根据所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据生成调制信号；
所述发送设备使用所述调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向相互垂直，所述第二激光信号包括量子光和参考光；
其中，所述第二激光信号中的每个计算周期包括每一组量子光和两组参考光，所述一组量子光在第一偏振方向上加载了所述第一随机数据，所述一组量子光在第二偏振方向上加载了所述第二随机数据，所述两组参考光中的第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载了X1，所述第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载了X2，所述第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载了Y1，所述第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载了Y2，所述两组参考光中的第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载了X3，所述第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载了X4，所述第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载了Y3，所述第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载了Y4；
所述发送设备发送所述第二激光信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送设备使用所述调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号之前，所述方法还包括：
所述发送设备将所述第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发送设备将所述第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光，包括：
所述发送设备利用偏振分束器PBS或者分束器BS，将所述第一激光信号分为所述第一偏振方向上的分量光和所述第二偏振方向上的分量光。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述调制信号的个数为2，所述发送设备使用所述调制信号对第一激光信号进行调制，得到第二激光信号，包括：
所述发送设备采用两个调制信号中的第一个调制信号对所述第一偏振方向上的分量光进行调制，采用所述两个调制信号中的第二个调制信号对所述第二偏振方向上的分量光进行调制；
所述发送设备将调制后的所述第一偏振方向上的分量光进行90°偏振旋转；
所述发送设备将调制后的所述第二偏振方向上的分量光进行延时，使得调制后的所述第一偏振方向上的分量光与调制后的所述第二偏振方向上的分量光在时域上重合；
所述发送设备将经过90°偏振旋转后的所述第一偏振方向上的分量光，和经过延时后的所述第二偏振方向上的分量光进行合束，得到所述第二激光信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述发送设备根据所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据生成调制信号，包括：
所述发送设备根据信道特性确定用于产生参考光的信号和用于产生量子光的信号的组合模式，所述信道特性为传输所述第二激光信号的信道的特性；
所述发送设备按照所述组合模式将所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据进行排列组合，生成所述调制信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述组合模式为时分模式，所述时分模式包括所述用于产生量子光的信号的数量和所述用于产生参考光的信号的数量，以及所述用于产生量子光的信号和所述用于产生参考光的信号在时域上的分布方式。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述组合模式包括频分模式，所述频分模式包括所述用于产生量子光的信号的数量和所述用于产生参考光的信号的数量，以及所述用于产生量子光的信号和所述用于产生参考光的信号在频域上的分布方式。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述发送设备接收接收设备发送的第一修正参数；
所述发送设备根据所述第一修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述发送设备接收接收设备发送的第一修正参数；
所述发送设备获取第二修正参数；
所述发送设备根据所述第二修正参数和所述第一修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述发送设备获取第二修正参数；
所述发送设备根据所述第二修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
11.一种数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
接收设备接收第二激光信号，所述第二激光信号包括量子光和参考光；
所述接收设备对所述第二激光信号进行相干探测，以从所述量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从所述参考光中获取探测数据；
所述接收设备获取所述参考光的参考数据，所述参考数据为发送设备在调制所述参考光时使用的参考数据；
所述接收设备根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数；
其中，所述第二激光信号中的每一组量子光和两组参考光为一个计算周期，所述两组参考光中的第一组参考光的参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T和所述两组参考光中的第二组参考光的参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且矩阵
Figure FDA0002869667710000031
满秩，X1为所述第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X2为所述第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y1为所述第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y2为所述第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据，X3为所述第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X4为所述第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y3为所述第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y4为所述第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述探测数据包括第一部分探测数据和第二部分探测数据，所述接收设备对所述第二激光信号进行相干探测，以从所述量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从所述参考光中获取探测数据，包括：
所述接收设备将所述第二激光信号划分为第一光信号和第二光信号；
所述接收设备采用第一相干探测方式对所述第一光信号进行相干探测，以从所述第一光信号中的参考光中获取所述第一部分探测数据，以及从所述第一光信号中的量子光中获取所述第三随机数据和所述第四随机数据；
所述接收设备采用第二相干探测方式对所述第二光信号进行相干探测，以所述第二光信号中的参考光中获取所述第二部分探测数据。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述接收设备根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，所述方法还包括：
所述接收设备向所述发送设备发送所述第一修正参数。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述接收设备根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，所述方法还包括：
所述接收设备根据所述第一修正参数对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述接收设备获取所述第三随机数据和所述第四随机数据之后，所述方法还包括：
所述接收设备获取第二修正参数；
所述接收设备根据所述第二修正参数对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述接收设备根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，所述方法还包括：
所述接收设备获取第二修正参数；
所述接收设备根据所述第一修正参数和所述第二修正参数，对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
17.一种发送设备，其特征在于，包括：
生成单元，用于生成第一随机数据和第二随机数据；
所述生成单元，还用于确定至少两个参考数据，所述至少两个参考数据中的任意两个参考数据满足以下条件：
所述任意两个参考数据中的一个参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T与另一个参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且(X1，X2，Y1，Y2)T与(X3，X4,Y3,Y4)T构成的矩阵
Figure FDA0002869667710000051
满秩；
所述生成单元，还用于根据所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据生成调制信号；
调制单元，用于使用所述生成单元生成的所述调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向相互垂直，所述第二激光信号包括量子光和参考光；
其中，所述第二激光信号中的每一个计算周期包括一组量子光和两组参考光，所述一组量子光在第一偏振方向上的分量为所述第一随机数据，所述一组量子光在第二偏振方向上的分量为所述第二随机数据，所述两组参考光中的第一组参考光在第一偏振方向上的x分量为X1，所述第一组参考光在第一偏振方向上的p分量为X2，所述第一组参考光在第二偏振方向上的x分量为Y1，所述第一组参考光在第二偏振方向上的p分量为Y2，所述两组参考光中的第二组参考光在第一偏振方向上的x分量为X3，所述第二组参考光在第一偏振方向上的p分量为X4，所述第二组参考光在第二偏振方向上的x分量为Y3，所述第二组参考光在第二偏振方向上的p分量为Y4；
发送单元，用于发送所述第二激光信号。
18.根据权利要求17所述的发送设备，其特征在于，所述发送设备还包括分束单元，
所述分束单元，用于在所述调制单元使用所述调制信号对第一激光信号的第一偏振方向上的分量和第二偏振方向上的分量进行调制，得到第二激光信号之前，将所述第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光。
19.根据权利要求18所述的发送设备，其特征在于，所述分束单元将所述第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光，具体包括：
利用偏振分束器PBS或者分束器BS，将所述第一激光信号分为所述第一偏振方向上的分量光和所述第二偏振方向上的分量光。
20.根据权利要求18或19所述的发送设备，其特征在于，所述调制信号的个数为2，所述调制单元使用所述调制信号对第一激光信号进行调制，得到第二激光信号，具体包括：
将所述第一激光信号分为第一偏振方向上的分量光和第二偏振方向上的分量光；
采用两个调制信号中的第一个调制信号对所述第一偏振方向上的分量光进行调制，采用所述两个调制信号中的第二个调制信号对所述第二偏振方向上的分量光进行调制；
将调制后的所述第一偏振方向上的分量光进行90°偏振旋转；
将调制后的所述第二偏振方向上的分量光进行延时，使得调制后的所述第一偏振方向上的分量光与调制后的所述第二偏振方向上的分量光在时域上重合；
将经过90°偏振旋转后的所述第一偏振方向上的分量光，和经过延时后的所述第二偏振方向上的分量光进行合束，得到所述第二激光信号。
21.根据权利要求20所述的发送设备，其特征在于，所述生成单元根据所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据生成调制信号，具体包括：
根据信道特性确定用于产生参考光的信号和用于产生量子光的信号的组合模式，所述信道特性为传输所述第二激光信号的信道的特性；
按照所述组合模式将所述第一随机数据、所述第二随机数据以及所述至少两个参考数据进行排列组合，生成所述调制信号。
22.根据权利要求21所述的发送设备，其特征在于，所述组合模式为时分模式，所述时分模式包括所述用于产生量子光的信号的数量和所述用于产生参考光的信号的数量，以及所述用于产生量子光的信号和所述用于产生参考光的信号在时域上的分布方式。
23.根据权利要求21所述的发送设备，其特征在于，所述组合模式包括频分模式，所述频分模式包括所述用于产生量子光的信号的数量和所述用于产生参考光的信号的数量，以及所述用于产生量子光的信号和所述用于产生参考光的信号在频域上的分布方式。
24.根据权利要求23所述的发送设备，其特征在于，所述发送设备还包括接收单元和修正单元，
所述接收单元，用于接收接收设备发送的第一修正参数；
所述修正单元，用于根据所述接收单元接收的所述第一修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
25.根据权利要求23所述的发送设备，其特征在于，所述发送设备还包括接收单元、获取单元和修正单元，
所述接收单元，用于接收接收设备发送的第一修正参数；
所述获取单元，用于获取第二修正参数；
所述修正单元，用于根据所述获取单元获取的所述第二修正参数和所述接收单元接收的所述第一修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
26.根据权利要求23所述的发送设备，其特征在于，所述发送设备还包括获取单元和修正单元，
所述获取单元，用于获取第二修正参数；
所述修正单元，用于根据所述获取单元获取的所述第二修正参数，对所述第一随机数据和所述第二随机数据进行数据修正。
27.一种接收设备，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收第二激光信号，所述第二激光信号包括量子光和参考光；
探测单元，用于对所述接收单元接收到的所述第二激光信号进行相干探测，以从所述量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从所述参考光中获取探测数据；
获取单元，用于获取所述参考光的参考数据，所述参考数据为发送设备在调制所述参考光时使用的参考数据；
计算单元，用于根据所述获取单元获取的所述参考光的参考数据和所述探测单元探测的所述探测数据，计算第一修正参数；
其中，所述第二激光信号中的每一组量子光和两组参考光为一个计算周期，所述两组参考光中的第一组参考光的参考数据(X1，X2，Y1，Y2)T和所述两组参考光中的第二组参考光的参考数据(X3，X4,Y3,Y4)T不同，且矩阵
Figure FDA0002869667710000071
满秩，X1为所述第一组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X2为所述第一组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y1为所述第一组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y2为所述第一组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据，X3为所述第二组参考光在第一偏振方向上的x分量上加载的参考数据，X4为所述第二组参考光在第一偏振方向上的p分量上加载的参考数据，Y3为所述第二组参考光在第二偏振方向上的x分量上加载的参考数据，Y4为所述第二组参考光在第二偏振方向上的p分量上加载的参考数据。
28.根据权利要求27所述的接收设备，其特征在于，所述探测数据包括第一部分探测数据和第二部分探测数据，所述探测单元对所述第二激光信号进行相干探测，以从所述量子光中获取第三随机数据和第四随机数据，以及从所述参考光中获取探测数据，具体包括：
将所述第二激光信号划分为第一光信号和第二光信号；
采用第一相干探测方式对所述第一光信号进行相干探测，以从所述第一光信号中的参考光中获取所述第一部分探测数据，以及从所述第一光信号中的量子光中获取所述第三随机数据和所述第四随机数据；
采用第二相干探测方式对所述第二光信号进行相干探测，以所述第二光信号中的参考光中获取所述第二部分探测数据。
29.根据权利要求27或28所述的接收设备，其特征在于，所述接收设备还包括发送单元，
所述发送单元，用于在所述计算单元根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，向所述发送设备发送所述计算单元计算的所述第一修正参数。
30.根据权利要求27或28所述的接收设备，其特征在于，所述接收设备根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，所述接收设备还包括修正单元，
所述修正单元，用于在所述计算单元根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，根据所述计算单元计算的所述第一修正参数对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
31.根据权利要求29所述的接收设备，其特征在于，所述接收设备还包括修正单元，
所述获取单元，还用于在所述探测单元获取所述第三随机数据和所述第四随机数据之后，获取第二修正参数；
所述修正单元，用于根据所述获取单元获取的所述第二修正参数对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
32.根据权利要求29所述的接收设备，其特征在于，所述接收设备还包括修正单元，
所述获取单元，还用于在所述计算单元根据所述参考光的参考数据和所述探测数据，计算第一修正参数之后，获取第二修正参数；
所述修正单元，用于根据所述计算单元计算的所述第一修正参数和所述获取单元获取的所述第二修正参数，对所述第三随机数据和所述第四随机数据进行数据修正。
33.一种通信系统，其特征在于，包括：
如权利要求17-26任一项所述的发送设备，和如权利要求27-32任一项所述的接收设备。
CN201710467962.1A 2017-06-20 2017-06-20 一种数据传输方法、装置及系统 Active CN109104251B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710467962.1A CN109104251B (zh) 2017-06-20 2017-06-20 一种数据传输方法、装置及系统
EP18821585.9A EP3629496B1 (en) 2017-06-20 2018-06-11 Data transmission method, device, and system
PCT/CN2018/090544 WO2018233502A1 (zh) 2017-06-20 2018-06-11 一种数据传输方法、装置及系统
US16/717,427 US11044016B2 (en) 2017-06-20 2019-12-17 Data transmission method, apparatus, and system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710467962.1A CN109104251B (zh) 2017-06-20 2017-06-20 一种数据传输方法、装置及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109104251A CN109104251A (zh) 2018-12-28
CN109104251B true CN109104251B (zh) 2021-07-16

Family

ID=64735512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710467962.1A Active CN109104251B (zh) 2017-06-20 2017-06-20 一种数据传输方法、装置及系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11044016B2 (zh)
EP (1) EP3629496B1 (zh)
CN (1) CN109104251B (zh)
WO (1) WO2018233502A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111786730B (zh) * 2020-06-08 2021-06-04 中国电子科技集团公司第三十研究所 导频辅助的本地本振连续变量量子密钥分发系统及方法
EP4176564A1 (en) * 2020-07-02 2023-05-10 Quant L R Ltd. Systems and methods for quantum communication
CN112332976B (zh) * 2020-11-04 2022-03-18 中国电子科技集团公司第三十研究所 一种基于调制方差的安全码率全局优化方法与装置
US11733551B2 (en) * 2021-09-29 2023-08-22 National Central University Adiabatic coupling phase modulation module, device and quantum key distribution system

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2404103B (en) * 2003-07-15 2005-06-29 Toshiba Res Europ Ltd A quantum communication system
JP4304298B2 (ja) * 2004-02-13 2009-07-29 日本電気株式会社 通信システム及びその同期方法
US20060290941A1 (en) * 2004-12-09 2006-12-28 Wide Net Technologies Polarization control for quantum key distribution systems
FR2879381B1 (fr) * 2004-12-15 2008-12-26 Thales Sa Systeme de distribution quantique de cle de cryptage a variables continues
JP4888630B2 (ja) * 2005-07-08 2012-02-29 日本電気株式会社 通信システムおよびその監視制御方法
US7889868B2 (en) * 2005-09-30 2011-02-15 Verizon Business Global Llc Quantum key distribution system
JP4883273B2 (ja) * 2006-01-11 2012-02-22 日本電気株式会社 乱数品質管理装置および管理方法
US8457316B2 (en) * 2008-01-15 2013-06-04 At&T Intellectual Property Ii, L.P. Architecture for reconfigurable quantum key distribution networks based on entangled photons by wavelength division multiplexing
TW201201556A (en) * 2010-06-29 2012-01-01 Chunghwa Telecom Co Ltd Construction structure of quantum encryption service network
JP2014068284A (ja) * 2012-09-27 2014-04-17 Nec Corp 量子暗号鍵配付システムおよび量子暗号鍵配付方法
CN104065475B (zh) * 2014-06-27 2017-09-08 上海交通大学 高速连续变量量子密钥分发系统及其位帧同步方法
US9553677B1 (en) * 2014-11-17 2017-01-24 Sandia Corporation Self-referenced continuous-variable quantum key distribution
US9954623B2 (en) * 2014-12-05 2018-04-24 Vencore Labs, Inc. System for continuously active stabilization of interferometers in quantum time-bin entanglement distribution
WO2016099565A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Nokia Technologies Oy Photonic chip for continuous variable quantum key distribution
CN108432177B (zh) * 2015-08-14 2021-09-03 诺基亚技术有限公司 具有偏振和频分多路复用的片上连续变量量子密钥分发系统
CN205039835U (zh) * 2015-09-25 2016-02-17 华南师范大学 多用户轨道角动量复用量子密钥分发网络系统
CN106788984B (zh) * 2015-11-20 2019-08-27 华为技术有限公司 一种量子通信方法和装置
GB2551685B (en) * 2016-02-16 2019-12-11 Toshiba Kk An optical device, a transmitter for a quantum communication system and a quantum communication system
CN107231198B (zh) * 2016-03-25 2019-10-22 华为技术有限公司 量子信号检测方法和量子信号检测装置
EP3244566B1 (en) * 2016-05-11 2020-08-05 Institut Mines Telecom Phase reference sharing schemes for continuous-variable quantum cryptography
CN107465502A (zh) * 2016-06-02 2017-12-12 华为技术有限公司 一种量子通信方法和相关装置
CN106533676B (zh) * 2016-12-22 2019-08-27 浙江神州量子网络科技有限公司 一种基于参考系无关协议的量子密钥分发系统
US11240016B2 (en) * 2017-03-07 2022-02-01 Id Quantique S.A Method and apparatus for stabilizing quantum cryptographic key distribution
CN106850213B (zh) * 2017-03-08 2023-08-25 浙江九州量子信息技术股份有限公司 一种量子密钥分配系统与方法
CN106850217B (zh) * 2017-04-06 2019-06-14 山西大学 一种实现一维调制连续变量量子密钥分发方法
CN108737082B (zh) * 2017-04-24 2020-11-17 华为技术有限公司 信号的接收装置和接收方法
KR101833956B1 (ko) * 2017-05-19 2018-03-02 한국과학기술원 연속 변수 양자 암호 키분배 위상 보정 시스템
CN109510701B (zh) * 2017-09-15 2021-10-01 华为技术有限公司 连续变量量子密钥分发设备及方法
CN109842449B (zh) * 2017-11-24 2020-11-10 华为技术有限公司 生成密钥的设备和方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11044016B2 (en) 2021-06-22
WO2018233502A1 (zh) 2018-12-27
US20200127737A1 (en) 2020-04-23
EP3629496B1 (en) 2021-07-14
CN109104251A (zh) 2018-12-28
EP3629496A4 (en) 2020-05-27
EP3629496A1 (en) 2020-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109104251B (zh) 一种数据传输方法、装置及系统
Qi et al. Experimental study on the Gaussian-modulated coherent-state quantum key distribution over standard telecommunication fibers
Renou et al. Limits on correlations in networks for quantum and no-signaling resources
US7284024B1 (en) Quantum noise random number generator
CN111314071B (zh) 连续变量量子密钥分发方法及系统
Hameedi et al. Communication games reveal preparation contextuality
CN107135065A (zh) 一种量子密钥分配方法及发送装置、接收装置
US9590740B1 (en) Method and system for robust symmetrical number system photonic direction finding
US20160359624A1 (en) Method and apparatus for quantum cryptographic communication
US20160335054A1 (en) Multiple output quantum random number generator
Xu et al. Quantum cryptography with realistic devices
US20170078029A1 (en) Pilot-aided feedforward data recovery in optical coherent communications
US20160156466A1 (en) System and method for quantum key distribution over large distances
Li et al. Joint measurement of multiple noncommuting parameters
CN113162767A (zh) 一种基于外差测量的四态量子密钥分发方法及系统
CN113014329A (zh) 时分正交零差cv qkd系统
CN112311540A (zh) 一种本地本振的四态量子密钥分发方法及系统
CN110896329A (zh) 基于本地本振光方案的连续变量量子密钥分发相干探测系统
CN110572260A (zh) 一种应用于量子密钥分发的脉冲延时器及延时方法
CN111740778B (zh) 一种光源相位差测试系统及方法
Biagi et al. Generating discorrelated states for quantum information protocols by coherent multimode photon addition
JP5475837B2 (ja) 光パルス発生装置
Zou et al. Phase estimation using homodyne detection for continuous variable quantum key distribution
Ren et al. Experimental demonstration of high key rate and low complexity CVQKD system with local local oscillator
Nahar Decoy-state quantum key distribution with arbitrary phase mixtures and phase correlations

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant