CN110768777B - 一种适用于cvqkd系统的巴克码脉冲数据同步方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法，包括有步骤1：发送端和接受端使用本振光脉冲实现系统两端时钟同步；步骤2：发送端将巴克码序列调制在本振光脉冲上，接收端借助偏振锁定算法反馈所用的探测器来识别巴克码脉冲序列，完成数据同步。上述步骤按照顺序依次进行。本发明是一种基于本振光脉冲实现通信两端时钟同步，并通过系统斩脉冲强度调制器和偏振锁定算法反馈所用的探测器，完成巴克码脉冲数据同步的方法。

Description

一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法
技术领域
本发明涉及量子通信领域，尤其涉及一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法。
背景技术
量子密钥分发能(QKD)够使合法通信双方共享安全的密钥，结合一次一密，可以实现无条件安全的量子保密通信，任何第三方的窃听都可以被通信双方察觉。其安全性依赖于量子测不准原理和不可克隆定理，理论上已被证明无条件安全，能够解决未来国防、政务、金融、网络等领域的通信安全问题。
相比于离散变量量子密钥分发(DVQKD)，连续变量量子密钥分发(CVQKD)具有光源制备简单，采用的相干探测装置探测效率较高，中短距离成码率高，兼容于经典光通信系统等优势，近年来受到国内外许多研究小组的广泛关注和深入研究。连续变量量子密钥分发(CVQKD)技术已成为量子保密通信的一个重要分支。
现有的连续变量量子密钥分发(CVQKD)系统中，采用光场的正交分量作为密钥信息的载体，利用平衡零拍探测器进行相干探测，探测器输出脉冲信号的面积正比于正交分量还是峰值正比于正交分量取决于探测器是非积分型还是积分型。前者需对每个输出脉冲进行积分才能正比于光场的正交分量，此时要求采集卡的采样率几十倍于脉冲的重复速率，数据的存储与处理较复杂。后者需要对输出脉冲峰值进行精确采集。授权号CN104410598B中国发明专利属于第二种类型，提供了基于CVQKD系统的FPGA的数据同步采集方法。该发明利用统计学原理找峰值，需要大量的数据脉冲。因此如何能够让通信两端时钟同步，对脉冲峰值进行精确采集，从而实现数据同步，直接影响到系统最终的安全密钥速率。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足，本发明提供的一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法，是一种基于本振光脉冲实现通信两端时钟同步，并通过系统斩脉冲强度调制器和偏振锁定算法反馈所用的探测器，完成巴克码脉冲数据同步的方法。
为实现本发明目的而提供的一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法，包括有
步骤1：发送端和接受端使用本振光脉冲实现系统两端时钟同步；
步骤2：发送端将巴克码序列调制在本振光脉冲上，接收端借助偏振锁定算法反馈所用的探测器来识别巴克码脉冲序列，完成数据同步。
上述步骤按照顺序依次进行。
作为上述方案的进一步改进，所述步骤1包括如下步骤：
步骤1a：发送端发送本振光脉冲和处于真空场的信号光脉冲；
步骤1b：接收端将部分本振光信号经光电转换恢复得到时钟脉冲，通过高精度调节延迟时间使得时钟脉冲与散粒噪声峰值对齐；
步骤1c：接收端通过锁相环将本地时钟脉冲和恢复得到的时钟脉冲锁定，使通信两端时钟同步。
通过采用本技术方案，能够保证系统两端时钟同步，为数据同步提供了基础。
作为上述方案的进一步改进，所述步骤1b中接收端恢复得到的时钟脉冲的占空比可调，调节范围为20％—50％。通过本技术方案，解决了接收端对时钟脉冲不同占空比要求的问题。
作为上述方案的进一步改进，所述步骤1b中通过高精度调节延迟时间使得时钟脉冲与散粒噪声峰值对齐，具体由FPGA开发板的I/O接口加载到时钟恢复延迟电路模块，其延时精度为百皮秒量级。通过采用本技术方案，能够使得时钟脉冲和数据脉冲峰值严格对齐，为精确脉冲峰值提供了前提。
作为上述方案的进一步改进，所述步骤2中的巴克码同步序列识别的方法是根据数据同步方案的要求，在通信两端时钟同步后，发送端开始发送13位巴克码脉冲的数据同步序列，同时接收端开始识别，如果13位巴克码脉冲识别全部正确，则输出数据同步成功的标志脉冲信号，即数据同步成功；否则输出数据同步失败的标志脉冲信号，重新重复步骤2，直至数据同步成功。通过采用本技术方案，能够高效实现数据同步，无需接入任何其它器件，降低了系统成本，很好地集成于CVQKD系统中。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法，可高精度调节时钟恢复延迟电路模块的延时，让时钟脉冲和数据脉冲峰值严格对齐，然后借助锁相环将本地时钟脉冲和恢复得到的时钟脉冲锁定，使得通信两端时钟同步，进而提高测量精度，降低系统额外噪声，提高系统的性能。本发明的另一优势是只需对数据脉冲峰值进行精确采集，且复用斩脉冲强度调制器和偏振锁定算法反馈所用的探测器，无需接入任何其它器件，降低了系统成本，很好地集成于CVQKD系统中。本发明是一种基于本振光脉冲实现通信两端时钟同步，并通过系统斩脉冲强度调制器和偏振锁定算法反馈所用的探测器，完成巴克码脉冲数据同步的方法。
附图说明
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：
图1为本发明的系统装置图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法，包括有
步骤1：发送端和接受端使用本振光脉冲实现系统两端时钟同步，具体如下：
步骤1a：发送端发送本振光脉冲和处于真空场的信号光脉冲；
步骤1b：接收端通过10/90的分束器分成两部分，将10％的本振光脉冲经光电转换恢复得到时钟脉冲，通过高精度调节延迟时间使得时钟脉冲与散粒噪声峰值对齐，具体由FPGA开发板的I/O接口加载到时钟恢复延迟电路模块，其延时精度为百皮秒量级；其中，时钟恢复延迟电路模块与授权公告号CN 105071867 B，发明名称“可实现时域脉冲平衡零拍探测器自动平衡的控制装置”中的时钟恢复电路(4)的功能、作用、结构相同；其中，步骤1b中接收端恢复得到的时钟脉冲的占空比可调，调节范围为20％—50％。
步骤1c：接收端通过锁相环将本地时钟脉冲和恢复得到的时钟脉冲锁定，使通信两端时钟同步。
步骤2：发送端将巴克码序列调制在本振光脉冲上，接收端借助偏振锁定算法反馈所用的探测器来识别巴克码脉冲序列，完成数据同步。其中，巴克码同步序列识别的方法是根据数据同步方案的要求，在通信两端时钟同步后，发送端开始发送13位巴克码脉冲的数据同步序列，同时接收端开始识别，如果13位巴克码脉冲识别全部正确，则输出数据同步成功的标志脉冲信号，即数据同步成功；否则输出数据同步失败的标志脉冲信号，重新重复步骤2，直至数据同步成功。
上述步骤按照顺序依次进行。
以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法，其特征在于：包括有
步骤1：发送端和接收端使用本振光脉冲实现系统两端时钟同步，具体如下：
步骤1a：发送端发送本振光脉冲和处于真空场的信号光脉冲；
步骤1b：接收端将部分本振光信号经光电转换恢复得到时钟脉冲，通过高精度调节延迟时间使得时钟脉冲与散粒噪声峰值对齐；
步骤1c：接收端通过锁相环将本地时钟脉冲和恢复得到的时钟脉冲锁定，使通信两端时钟同步；
步骤2：发送端将巴克码序列调制在本振光脉冲上，接收端借助偏振锁定算法反馈所用的探测器来识别巴克码脉冲序列，完成数据同步，所述步骤2中的巴克码脉冲序列识别的方法是根据数据同步方案的要求，在通信两端时钟同步后，发送端开始发送13位巴克码脉冲的数据同步序列，同时接收端开始识别，如果13位巴克码脉冲识别全部正确，则输出数据同步成功的标志脉冲信号，即数据同步成功；否则输出数据同步失败的标志脉冲信号，重新重复步骤2，直至数据同步成功；
上述步骤按照顺序依次进行。
2.根据权利要求1所述的一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法，其特征在于：所述步骤1b中接收端恢复得到的时钟脉冲的占空比可调，调节范围为20％—50％。
3.根据权利要求2所述的一种适用于CVQKD系统的巴克码脉冲数据同步方法，其特征在于：所述步骤1b中通过高精度调节延迟时间使得时钟脉冲与散粒噪声峰值对齐，具体由FPGA开发板的I/O接口加载到时钟恢复延迟电路模块，其延时精度为百皮秒量级。
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