CN110324105B - 量子密钥分发系统与pon设备共纤传输方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统，PON设备的光线路终端和量子密钥分发系统的接收端相连，多个PON设备的光网络单元和多个量子密钥分发系统的发送端对应相连；量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法包括：分别根据从量子密钥分发系统检测到的量子噪声信息对PON设备的上行信号和下行信号进行自适应衰减；在经过共同传输所述量子密钥分发系统的量子信号和PON设备的经典光信号的共纤传输线路后，分别根据PON设备的工作功率对PON设备的上行信号和下行信号进行自适应放大。本发明提出了一种QKD系统与PON设备共纤传输方案，并且可以有效解决QKD系统与PON设备共纤传输的距离匹配适应问题。
Description
技术领域
本发明涉及量子通信技术领域，特别是涉及一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统。
背景技术
量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)与经典密钥体系的根本不同在于其采用单个光子或纠缠光子对作为密钥的载体，由量子力学的基本原理保证了该过程的不可窃听、不可破译性，从而提供了一种更为安全的密钥体系。
随着用户对通信带宽需求的提高，光通信已经通过各种协议直接进入大众的家中。无源光网络(Passive Optical Network，PON)就是其中的典型，PON一般包含一个光线路终端(Optical Line Terminal，OLT)、1：N光分束器(Beam Splitter，BS)和N个光网络单元(Optical Network Unit，ONU)。OLT一般放置在通信服务运营商的机房中，而ONU一般位于用户端。PON的传输距离一般为20km。它的下行通信采用广播，上行通信为了避免冲突，采用时分复用模式。PON有多种协议标准，比如Gigabit Passive Optical Network(GPON)和
Ethernet PON(EPON)，以及高带宽的10G-PON，XG-PON，WDM PON和WDM/TDM PON。PON一般有相同的基本波长计划，上行使用1310nm波长和下行使用1490nm波长。
实现QKD系统与PON设备共纤传输，不仅能够实现量子密钥分发到普通用户，而且能够节约大量宝贵的光纤资源，从而节约大量的成本。
但是量子信号光与经典光通信波分复用，与经典光不同信道之间的波分复用有很大的不同，由于量子光信号的出光功率只有约1光子/脉冲，而经典光的每个脉冲的平均光子数比量子信号高约70dB，所以量子信号很容易被经典光信号淹没。
要实现QKD与经典光通信波分复用，一般需要通过多级滤波来抑制经典光源以及伴随掺铒光纤放大装置的自发辐射中含有的与量子信号波长相同的带内噪声。其次，需要有很高的隔离度来降低经典强光被QKD接收方直接探测到的概率，也就是带外噪声。这两项噪声与入射光功率成正比，一般称为线性串扰噪声。
事实上，波分复用最大的挑战来自经典强光产生的自发拉曼散射以及四波混频效应造成的影响。实验指出，在短距离光纤传输，并且存在多个经典光通信信道时，非线性的四波混频效应占主导，而在长距离光纤传输时，线性拉曼散射效应占主导。对于四波混频，可以通过多种方法抑制其产生，一是降低经典光的发光功率，二是将量子信号与经典信号在偏振上处于正交状态，三是增加经典信道的波长间隔，四是选择QKD的波长信道，使得四波混频的乘积项落在QKD波长带宽之外。光纤中的拉曼散射主要来自自发拉曼散射，是一种线性效应，散射强度与经典光强成正比。
线性串扰噪声和自发拉曼噪声都与经典光强成正比，所以为了降低波分复用对QKD的影响，有时不得不适当降低经典光强，这样会降低经典光通信距离。
现有技术的文献王留军著录的《量子密钥分发与经典光通信融合的实验研究》中披露了一种QKD与GPON波分复用方案。QKD发送端放在GPON系统的ONU端，QKD接收端放在GPON的OLT端，QKD的波长为1550nm的量子信号光与GPON的波长为1490nm和1310nm的信号光波分复用共纤传输，由于波长为1490nm GPON的信号光距离量子信号光波长比较近，在波长1550nm处产生的拉曼散射噪声相对较大，导致的后果是必须衰减OLT的出射光功率才能保证QKD成码，上述文献的技术方案中衰减了10.5dB，直接后果是大大降低了GPON传输距离，其测试的传输距离是2km。
现有技术为保证QKD系统成码，采用衰减GPON系统下行信号光1490nm功率的方法，限制了QKD和GPON共纤传输距离，而且上述文献中GPON系统的分光器BS的分光比是1：8，而目前GPON典型的分光比是1：64，考虑GPON典型的分光比，实际传输距离更短，而且没有考虑GPON系统上行信号光1310nm对QKD的影响。另外，PON系统实际部署的传输距离在一定范围内是变化的，现有技术没有PON系统功率管理机制。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统，用于解决现有技术中QKD系统与PON设备共纤传输的距离无法匹配适应的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统，PON设备的光线路终端和量子密钥分发系统的接收端相连，多个PON设备的光网络单元和多个量子密钥分发系统的发送端对应相连；所述量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统包括：第一自适应衰减放大模块，第二自适应衰减放大模块，与所述第一自适应衰减放大模块和量子密钥分发系统的接收端相连的第一波分复用器，与所述第一波分复用器相连的光纤线缆，分别与所述光纤线缆和所述第二自适应衰减放大模块相连的第二波分复用器，分别与所述第二自适应衰减放大模块和所述第二波分复用器相连的第三波分复用器，与所述第三波分复用器相连的分光器以及包含多个波分复用器的波分复用器组，所述波分复用器组中的多个波分复用器的一端与所述分光器相连，另一端分别与多个PON设备的光网络单元对应相连；所述第一自适应衰减放大模块分别与PON设备的光线路终端和第一波分波分复用器相连，包括：下行信号自适应衰减单元，用于根据从量子密钥分发系统的接收端检测的量子噪声信息对光线路终端输出的下行信号进行自适应衰减；上行信号自适应放大单元，用于根据PON设备的上行信号工作功率对接收到的上行信号进行自适应放大；所述第二自适应衰减放大模块分别通过所述第三波分复用器、所述分光器和所述波分复用器组与PON设备的光网络单元和量子密钥分发系统的发送端相连，包括：上行信号自适应衰减单元，用于根据从量子密钥分发系统的经典协商信息中提取的量子噪声信息对光网络单元输出的上行信号进行自适应衰减；下行信号自适应放大单元，用于根据PON设备的下行信号工作功率对接收到的下行信号进行自适应放大。
于本发明的一实施例中，所述第一自适应衰减放大模块还包括：第四波分复用器，一端与所述PON设备的光线路终端相连，另一端分别与所述下行信号自适应衰减单元和所述上行信号自适应放大单元相连；第五波分复用器，一端与所述第一波分复用器相连，另一端分别与所述下行信号自适应衰减单元和所述上行信号自适应放大单元相连。
于本发明的一实施例中，所述下行信号自适应衰减单元包括：下行信号可控衰减器，一端与所述第四波分复用器相连，另一端与所述第五波分复用器相连；下行信号第一驱动器，与所述量子密钥分发系统的接收端相连，接收量子密钥分发系统的量子噪声信息。
于本发明的一实施例中，所述上行信号自适应放大单元包括：上行信号分光器，一端与上行信号可控放大装置相连，另一端与所述第五波分复用器相连；上行信号可控放大装置，一端与所述上行信号分光器相连，另一端与所述第四波分复用器相连；上行信号第一驱动器，分别与所述上行信号分光器和所述上行信号可控放大装置相连。
于本发明的一实施例中，所述第二自适应衰减放大模块还包括：第六波分复用器，一端与所述第二波分复用器相连，另一端分别与所述上行信号自适应衰减单元和所述下行信号自适应放大单元相连；第七波分复用器，一端与所述第三波分复用器相连，另一端分别与所述上行信号自适应衰减单元和所述下行信号自适应放大单元相连。
于本发明的一实施例中，所述下行信号自适应放大单元包括：下行信号分光器，一端与所述第六波分复用器相连，另一端与下行信号可控放大装置相连；下行信号可控放大装置，一端与所述下行信号分光器相连，另一端与所述第七波分复用器相连；下行信号第二驱动器，分别与所述下行信号分光器和所述下行信号可控放大装置相连。
于本发明的一实施例中，所述上行信号自适应衰减单元包括：噪声提取模块，一端与所述第七波分复用器相连，另一端与和上行信号可控衰减器相连；上行信号可控衰减器，一端与所述噪声提取模块相连，另一端与所述第六波分复用器相连；上行信号第二驱动器，分别与所述噪声提取模块和所述上行信号可控衰减器相连。
本发明的实施例还提供一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法，PON设备的光线路终端和量子密钥分发系统的接收端相连，多个PON设备的光网络单元和多个量子密钥分发系统的发送端对应相连；所述量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法包括：分别根据从量子密钥分发系统检测到的量子噪声信息对PON设备的上行信号和下行信号进行自适应衰减；在经过共同传输所述量子密钥分发系统的量子信号和所述PON设备的经典光信号的共纤传输线路后，分别根据PON设备的工作功率对所述PON设备的上行信号和下行信号进行自适应放大。
于本发明的一实施例中，从所述量子密钥分发系统的发送端发送的量子信号经所述共纤传输线路传输至所述量子密钥分发系统的接收端。
如上所述，本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统具有以下有益效果：
本发明的技术方案将PON系统中的经典光先进行自适应衰减，再将QKD系统的量子信号光和同步光波分复用进行共纤传输，到目的地后，进行波分解复用，量子信号光和同步光接入QKD系统，PON经典光信号经过自适应放大处理后进行PON系统通信，可以有效减小PON系统的光噪声对QKD系统量子信号光的影响，并且能够解决QKD系统与PON设备共纤传输的距离匹配适应问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法的流程示意图。
图2显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统的原理示意图。
图3显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中第一自适应衰减放大模块的原理示意图。
图4显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中第二自适应衰减放大模块的原理示意图。
图5显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中下行信号自适应衰减单元的原理示意图。
图6显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中下行信号自适应放大单元的原理示意图。
图7显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中上行信号自适应衰减单元的原理示意图。
图8显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中上行信号自适应放大单元的原理示意图。
图9显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中量子密钥分发系统的发送端的结构示意图。
图10显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中量子密钥分发系统的接收端的结构示意图。
图11显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中第一波分复用器的结构示意图。
图12显示为本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统中第二波分复用器的结构示意图。
元件标号说明
100 量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统
110 第一自适应衰减放大模块
111 下行信号自适应衰减单元
111a 下行信号可控衰减器
111b 下行信号第一驱动器
112 上行信号自适应放大单元
112a 上行信号分光器
112b 上行信号可控放大装置
112c 上行信号第一驱动器
113 第四波分复用器
114 第五波分复用器
120 第二自适应衰减放大模块
121 下行信号自适应放大单元
121a 下行信号分光器
121b 下行信号可控放大装置
121c 下行信号第二驱动器
122 上行信号自适应衰减单元
122a 噪声提取模块
122b 上行信号可控衰减器
122c 上行信号第二驱动器
123 第六波分复用器
124 第七波分复用器
130 第一波分复用器
140 第二波分复用器
150 光纤线缆
160 第三波分复用器
170 分光器
180 波分复用器组
200 光线路终端
300 光网络单元
400 量子密钥分发系统的发送端
500 量子密钥分发系统的接收端
S110～S120 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1至图12。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本实施例的目的在于提供一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统，用于解决现有技术中QKD系统与PON设备共纤传输的距离无法匹配适应的问题。以下将详细阐述本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法及系统。
具体地，如图1所示，本发明的实施例提供了一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法，PON设备的光线路终端和量子密钥分发系统的接收端相连，多个PON设备的光网络单元和多个量子密钥分发系统的发送端对应相连；所述量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法包括以下步骤：
步骤S110，分别根据从量子密钥分发系统检测到的量子噪声信息对PON设备的上行信号和下行信号进行自适应衰减。
步骤S120，在经过共同传输所述量子密钥分发系统的量子信号和所述PON设备的经典光信号的共纤传输线路后，分别根据PON设备的工作功率对所述PON设备的上行信号和下行信号进行自适应放大。
于本实施例中，从所述量子密钥分发系统的发送端发送的量子信号经所述共纤传输线路传输至所述量子密钥分发系统的接收端。
于本实施例中，将PON设备中的下行信号和上行信号光分别进行自适应衰减，然后将QKD系统的量子信号光与PON系统波分复用进行共纤传输，传输到目的地后，进行波分解复用，量子信号光接入QKD系统，PON信号光再经过自适应放大处理接入PON设备。
为实现上述量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法，如图2所示，本实施例还对应提供一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统100，PON设备的光线路终端200和量子密钥分发系统的接收端500相连，多个PON设备的光网络单元300(图2中所示的光网络单元1，光网络单元2…光网络单元N)和多个量子密钥分发系统的发送端400(图2中所示的量子密钥分发系统的发送端1，量子密钥分发系统的发送端2…量子密钥分发系统的发送端N)对应相连；所述量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统100包括：第一自适应衰减放大模块110，第二自适应衰减放大模块120，与所述第一自适应衰减放大模块110和量子密钥分发系统的接收端500相连的第一波分复用器130，与所述第一波分复用器130相连的光纤线缆150，分别与所述光纤线缆150和所述第二自适应衰减放大模块120相连的第二波分复用器140，分别与所述第二自适应衰减放大模块120和所述第二波分复用器140相连的第三波分复用器160，与所述第三波分复用器160相连的分光器170以及包含多个波分复用器(图2中所示的波分复用器1，波分复用器2…波分复用器N)的波分复用器组180，所述波分复用器组180中的多个波分复用器的一端与所述分光器170相连，另一端分别与多个PON设备的光网络单元300(图2中所示的光网络单元1，光网络单元2…光网络单元N)对应相连。
PON设备下行1490nm信号光由光线路终端200(OLT)产生，通过光纤连接到第一自适应衰减放大模块110。
具体地，如图2所示，所述第一自适应衰减放大模块110分别与PON设备的光线路终端200和第一波分波分复用器130相连，包括：下行信号自适应衰减单元111和上行信号自适应放大单元112。
于本实施例中，如图3所示，所述第一自适应衰减放大模块110还包括：第四波分复用器113，一端与所述PON设备的光线路终端200相连，另一端分别与所述下行信号自适应衰减单元111和所述上行信号自适应放大单元112相连；第五波分复用器114，一端与所述第一波分复用器130相连，另一端分别与所述下行信号自适应衰减单元111和所述上行信号自适应放大单元112相连。
即于本实施例中，如图3所示，所述第一自适应衰减放大模块110包括下行信号自适应衰减单元111，上行信号自适应放大单元112，第四波分复用器113以及第五波分复用器114。
于本实施例中，如图2所示，所述第二自适应衰减放大模块120依次经第三波分复用器160，分光器170以及波分复用器组180与PON设备的光网络单元300和量子密钥分发系统的发送端400相连。
如图4所示，所述第二自适应衰减放大模块120包括：上行信号自适应衰减单元122和下行信号自适应放大单元121。
具体地，于本实施例中，如图4所示，所述第二自适应衰减放大模块120还包括：第六波分复用器123，一端与所述第二波分复用器140相连，另一端分别与所述上行信号自适应衰减单元122和所述下行信号自适应放大单元121相连；第七波分复用器124，一端与所述第三波分复用器160相连，另一端分别与所述上行信号自适应衰减单元122和所述下行信号自适应放大单元121相连。
即于本实施例中，如图4所示，所述第二自适应衰减放大模块120包括上行信号自适应衰减单元122，下行信号自适应放大单元121，第六波分复用器123和第七波分复用器124。
以下对本实施例中所述第一自适应衰减放大模块110和所述第二自适应衰减放大模块120对PON设备的上行信号、下行信号以及对量子密钥分发系统中量子光信号的传输处理进行详细说明。
本实施例中，所述PON设备的光线路终端200产生的1490nm信号光经过第四波分复用器113与1490nm下行信号自适应衰减单元111连接。
于本实施例中，所述下行信号自适应衰减单元111用于根据从量子密钥分发系统的接收端500检测的量子噪声信息对光线路终端200输出的下行信号进行自适应衰减。对PON设备经典信号光进行自适应衰减是为避免对QKD量子信号的干扰。
具体地，于本实施例中，如图5所示，所述下行信号自适应衰减单元111包括：(1490nm)下行信号可控衰减器111a，一端与所述第四波分复用器113相连，另一端与所述第五波分复用器114相连；下行信号第一驱动器111b，与所述量子密钥分发系统的接收端500相连，接收量子密钥分发系统的接收端500的量子噪声信息，然后转化成衰减器的衰减量控制信息。
所述下行信号自适应衰减单元111的功能是自动根据QKD探测器噪声水平对1490nm的下行信号光光强进行自适应衰减，避免1490nm的下行信号光产生的拉曼噪声对QKD的干扰。1490nm光经过所述下行信号自适应衰减单元111后与第五波分复用器114相连，再依次连接第一波分复用器130、光纤线缆150、第二波分复用器140传输至所述第二自适应衰减放大模块120的所述下行信号自适应放大单元121。
于本实施例中，所述下行信号自适应放大单元121用于根据PON设备的下行信号的工作功率对接收到的下行信号进行自适应放大。所述下行信号自适应放大单元121对PON设备经典信号光进行自适应放大是为适应PON设备不同传输距离而进行的功率管理。
具体地，于本实施例中，如图6所示，所述下行信号自适应放大单元121包括：下行信号分光器121a，一端与所述第六波分复用器123相连，另一端与下行信号可控放大装置121b相连；下行信号可控放大装置121b，一端与所述下行信号分光器121a相连，另一端与所述第七波分复用器124相连；下行信号第二驱动器121c，分别与所述下行信号分光器121a和所述下行信号可控放大装置121b相连。
所述下行信号自适应放大单元121的功能是根据监测1490nm光强信号自动决定1490nm放大器的增益量，用于不同PON设备通信距离的功率管理，1490nm经过自适应放大后与所述第七波分复用器124连接，再与分光器170相连，再与光网络单元300(ONU)相连，完成PON设备下行通信传输，光网络单元300分出一个通行信道与量子密钥分发系统的发送端400相连，用于QKD系统经典协商信息传输。
于本实施例中，所述上行信号自适应衰减单元122用于根据从量子密钥分发系统的经典协商交互信息中提取量子噪声信息对光网络单元300输出的上行信号进行自适应衰减。对PON设备经典信号光进行自适应衰减是为避免对QKD量子信号的干扰。
于本实施例中，PON设备上行1310nm信号光由光网络单元300(ONU)产生，经过分光器170与所述第二自适应衰减放大模块120相连，1310nm信号光经过所述第二自适应衰减放大模块120中的第七波分复用器124之后进入1310nm所述上行信号自适应衰减单元122。
于本实施例中，具体地，如图7所示，所述上行信号自适应衰减单元122包括：噪声提取模块122a，一端与所述第七波分复用器124相连，另一端与上行信号可控衰减器122b相连；上行信号可控衰减器122b，一端与所述噪声提取模块122a相连，另一端与所述第六波分复用器123相连；上行信号第二驱动器122c，分别与所述噪声提取模块122a和所述上行信号可控衰减器122b相连。
所述上行信号自适应衰减单元122的功能是自动根据QKD探测器噪声水平对1310nm的上行信号光光强进行自适应衰减，避免1310nm信号光的产生的拉曼噪声对QKD的干扰，1310nm信号光经过所述上行信号自适应衰减单元122自适应衰减后进入所述第六波分复用器123，再依次经所述第二波分复用器140、光纤线缆150、第一波分复用器130后，进入所述第一自适应衰减放大模块110中的第五波分复用器114，然后进入1310nm上行信号自适应放大单元112。
于本实施例中，所述上行信号自适应放大单元112用于根据PON设备的上行信号的工作功率对接收到的上行信号进行自适应放大。所述上行信号自适应放大单元112对PON设备经典信号光进行自适应放大是为适应PON设备不同传输距离而进行的功率管理。
具体地，于本实施例中，如图8所示，于本实施例中，所述上行信号自适应放大单元112包括：上行信号分光器112a，一端与上行信号可控放大装置112b相连，另一端与所述第五波分复用器114相连，上行信号可控放大装置112b，一端与所述上行信号分光器112a相连，另一端与所述第四波分复用器113相连；上行信号第一驱动器112c，分别与所述上行信号分光器112a和所述上行信号可控放大装置112b相连。
所述上行信号自适应放大单元112通过所述上行信号分光器112a监测1310nm光强度自动决定1310nm上行信号可控放大装置112b的增益量，用于不同PON通信距离的功率管理，1310nm光信号经过自适应放大之后与第四波分复用器113相连，再进入光线路终端200(OLT)，完成PON设备上行通信。
量子密钥分发系统的发送端400一方面与光网络单元300(ONU)连接进行经典协商信息交互，另一方面发出量子光信号，通过光纤连接到第二波分复用器140，然后经过光纤线缆150进入第一波分复用器130，量子光信号经过第一波分复用器130分出再通过光纤与量子密钥分发系统的接收端500相连接，完成量子光信号的传输，量子密钥分发系统的接收端500与光线路终端200(OLT)相连接，进行经典协商信息交互。
具体地，如图9所示，图2中量子密钥分发系统的发送端400的具体实现为但不限于以下方式：QKD发送端产生的波长为1550nm量子光信号经过带宽为20GHz的光纤布拉格光栅滤波器(FBG)后与波长为1570nm的同步光共同连接波分复用器1550-D2，该波分复用器透射波长为1550nm，带宽为100GHz，1550nm的量子信号光与1570nm的同步光共纤传输。
如图10所示，图2中量子密钥分发系统的接收端500的具体实现为但不限于以下方式：1550nm量子信号光和1570nm的同步光共纤传输接到波分复用器1550-D2的公共端，1550-D2透射带宽100GHz，透射端连接带宽为20GHz的光纤布拉格光栅(FBG)滤波器，然后接入QKD接收端，1550-D2反射端反射1570nm的同步光，然后接入QKD接收端。
如图11所示，图2中所述第一波分复用器130和所述第三波分复用器160的具体实现为但不限于以下方式：光缆与波分复用器1490-C2的公共端相连接，1490-C2透射端与波分复用器1310-C2的反射端连接，1490-C2反射端与波分复用器1550-F2的公共端连接，1550-F2的透射端输出量子信号，1550-F2的反射端连接1310-C2透射端，1310-C2的公共端与所述第一自适应衰减放大模块110相连，所述第一波分复用器130的功能为实现对波长1550nm、1570nm的量子信号和1310nm的经典光信号进行解复用。
其中，不限QKD的发送端和接收端相对PON设备的位置，包括共享QKD接收端和共享QKD发送端的方案。
如图12所示，图2中所述第二波分复用器140和波分复用器组180中的波分复用器的具体实现为但不限于以下方式：波长为1550nm的量子信号光与波长为1570nm的同步光共纤传输，统称为量子信号，该信号通过光纤与波分复用器1550-F1的透射端相连，1550-F1透射带宽包含同步光和量子光，1550-F1公共端与波分复用器1490-C1反射端相连接，1550-F1反射端与波分复用器1310-C1的透射端相连，1310-C1的公共端与PON的ONU端相连，1310-C1的反射端与1490-C1的透射端连接，1490-C1的公共端连接光缆，所述第二波分复用器140实现对波长为1550nm、1570nm、1310nm光信号的波分复用上行传输，波长为1490nm光信号的下行传输。
其中，本实施例中涉及到的下行信号可控放大装置121b和上行信号可控放大装置112b不限于光放大器，也包括PON中继放大设备等。
综上所述，本发明的技术方案将PON系统中的经典光先进行自适应衰减，再将QKD系统的量子信号光和同步光波分复用进行共纤传输，到目的地后，进行波分解复用，量子信号光和同步光接入QKD系统，PON经典光信号经过自适应放大处理后进行PON系统通信，可以有效减小PON系统的光噪声对QKD系统量子信号光的影响，并且能够解决QKD系统与PON设备共纤传输的距离匹配适应问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包括通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统，其特征在于，PON设备的光线路终端和量子密钥分发系统的接收端相连，多个PON设备的光网络单元和多个量子密钥分发系统的发送端对应相连；所述量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统包括：
第一自适应衰减放大模块，第二自适应衰减放大模块，与所述第一自适应衰减放大模块和量子密钥分发系统的接收端相连的第一波分复用器，与所述第一波分复用器相连的光纤线缆，分别与所述光纤线缆和所述第二自适应衰减放大模块相连的第二波分复用器，分别与所述第二自适应衰减放大模块和所述第二波分复用器相连的第三波分复用器，与所述第三波分复用器相连的分光器以及包含多个波分复用器的波分复用器组，所述波分复用器组中的多个波分复用器的一端与所述分光器相连，另一端分别与多个PON设备的光网络单元对应相连；
所述第一自适应衰减放大模块分别与PON设备的光线路终端和第一波分波分复用器相连，包括：
下行信号自适应衰减单元，用于根据从量子密钥分发系统的接收端检测的量子噪声信息对光线路终端输出的下行信号进行自适应衰减；
上行信号自适应放大单元，用于根据PON设备的上行信号工作功率对接收到的上行信号进行自适应放大；
所述第二自适应衰减放大模块分别通过所述第三波分复用器、所述分光器和所述波分复用器组与PON设备的光网络单元和量子密钥分发系统的发送端相连，包括：
上行信号自适应衰减单元，用于根据从量子密钥分发系统的经典协商交互信息中提取的量子噪声信息对光网络单元输出的上行信号进行自适应衰减；
下行信号自适应放大单元，用于根据PON设备的下行信号工作功率对接收到的下行信号进行自适应放大。
2.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统，其特征在于，所述第一自适应衰减放大模块还包括：
第四波分复用器，一端与所述PON设备的光线路终端相连，另一端分别与所述下行信号自适应衰减单元和所述上行信号自适应放大单元相连；
第五波分复用器，一端与所述第一波分复用器相连，另一端分别与所述下行信号自适应衰减单元和所述上行信号自适应放大单元相连。
3.根据权利要求2所述的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统，其特征在于，所述下行信号自适应衰减单元包括：
下行信号可控衰减器，一端与所述第四波分复用器相连，另一端与所述第五波分复用器相连；
下行信号第一驱动器，与所述量子密钥分发系统的接收端相连，接收量子密钥分发系统的量子噪声信息。
4.根据权利要求2所述的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统，其特征在于，所述上行信号自适应放大单元包括：
上行信号分光器，一端与上行信号可控放大装置相连，另一端与所述第五波分复用器相连；
上行信号可控放大装置，一端与所述上行信号分光器相连，另一端与所述第四波分复用器相连；
上行信号第一驱动器，分别与所述上行信号分光器和所述上行信号可控放大装置相连。
5.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统，其特征在于，所述第二自适应衰减放大模块还包括：
第六波分复用器，一端与所述第二波分复用器相连，另一端分别与所述上行信号自适应衰减单元和所述下行信号自适应放大单元相连；
第七波分复用器，一端与所述第三波分复用器相连，另一端分别与所述上行信号自适应衰减单元和所述下行信号自适应放大单元相连。
6.根据权利要求5所述的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统，其特征在于，所述下行信号自适应放大单元包括：
下行信号分光器，一端与所述第六波分复用器相连，另一端与下行信号可控放大装置相连；
下行信号可控放大装置，一端与所述下行信号分光器相连，另一端与所述第七波分复用器相连；
下行信号第二驱动器，分别与所述下行信号分光器和所述下行信号可控放大装置相连。
7.根据权利要求5所述的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输系统，其特征在于，所述上行信号自适应衰减单元包括：
噪声提取模块，一端与所述第七波分复用器相连，另一端与上行信号可控衰减器相连；
上行信号可控衰减器，一端与所述噪声提取模块相连，另一端与所述第六波分复用器相连；
上行信号第二驱动器，分别与所述噪声提取模块和所述上行信号可控衰减器相连。
8.一种量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法，其特征在于，PON设备的光线路终端和量子密钥分发系统的接收端相连，多个PON设备的光网络单元和多个量子密钥分发系统的发送端对应相连；所述量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法包括：
分别根据从量子密钥分发系统检测到的量子噪声信息对PON设备的上行信号和下行信号进行自适应衰减；
在经过共同传输所述量子密钥分发系统的量子信号和所述PON设备的经典光信号的共纤传输线路后，分别根据PON设备的工作功率对所述PON设备的上行信号和下行信号进行自适应放大。
9.根据权利要求8所述的量子密钥分发系统与PON设备共纤传输方法，其特征在于，从所述量子密钥分发系统的发送端发送的量子信号经所述共纤传输线路传输至所述量子密钥分发系统的接收端。
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