CN111525960B - 一种量子通信方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种量子通信方法、装置及系统，其中方法包括将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，发射第二电波，第一电波支持M个方向矢量，第一电波的第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，第一符号为第一数据对应的一个符号，第一电波的第i个方向矢量与第i个分布结果对应，第i个分布结果是通过将第二电波转化为能量子得到的，M为正整数，i为整数。本申请可将第一符号调制于第一电波的方向矢量上，且可兼容现有技术中的将符号调制于电波的频率和/或相位和/或幅度，如此，可增加符号调制于电波上的维度，从而有助于满足无线传输日益增长的需求。

Description

一种量子通信方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种量子通信方法、装置及系统。
背景技术
随着互联网、物联网、自动驾驶、移动机器人和多功能终端的快速发展，无线通信需求越来越大，通信装置的数量也在呈爆炸式增长。因此，对无线通信系统的传输能力的要求也在不断增加。
目前，无线通信中的无线链路是以电磁波为基础的，根据麦克斯韦电磁理论，震荡的电场与磁场相互交替激发并以电磁波的形式从波源向远处传播。现有技术的无线通信系统中的发射端的通信装置通常是将待发送的数据调制于载波的相位、频率或者幅度上，得到调制后的模拟波形，由发射天线激发电磁波辐射到无线信道中。即现有技术中待发送的数据可调制于载波的三个维度上，但是由于无线通信需求的不断增加，现有技术可调制的三个维度不能满足无线传输日益增长的需求。
发明内容
本申请提供一种量子通信方法、装置及系统，用于增加待发送数据调制于载波的维度，以满足无线传输日益增长的需求。
第一方面，本申请提供一种量子通信方法，该方法包括将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，发射第二电波，第一符号为第一数据对应的一个符号，第一电波支持M个方向矢量，第一电波的第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，第一电波的第i个方向矢量与第i个分布结果对应，第i个分布结果是通过将第二电波转化为能量子得到的，M为正整数，i为整数。
基于该方案，相比于现有技术将符号调制于载波的相位、幅度和频率三个维度，本申请可通过将第一符号调制于第一电波的方向矢量上，以增加符号调制于电波上的维度，从而有助于满足无线传输日益增长的需求。进一步，该方案是将符号调制于第一电波的方向矢量上，未改变现有技术中将符号调制于相位、幅度和频率的方式，因此，该方案可兼容现有技术中符号可调制的维度。
在一种可能的实现方式中，可根据预设的映射关系，确定第一符号对应的第一电波的方向矢量的序号i，将第一符号调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，其中，序号为i的第一电波的方向矢量为第一电波的第i个方向矢量。
进一步，可根据所述第一符号对应的用户标识，确定发射第二电波的频率和带宽，根据发射第二电波的频率和带宽，发射第二电波。
在一种可能的实现方式中，还可根据第一电波的方向矢量的序号i，确定发射第二电波的极化发射天线，通过确定出的极化发射天线发射第二电波。
第二方面，本申请提供一种量子通信方法，该方法包括接收第二电波，将第二电波转化为N个能量子集，确定N个能量子集的第一分布结果，根据第一分布结果，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量，根据第一电波的第i个方向矢量和预设的映射关系，确定第一符号，其中，第二电波是将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的M个方向矢量中的一个方向矢量上得到的，第一符号为第一数据对应的一个符号，第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，一个能量子集为空集或包括至少一个能量子，M和N均为正整数，i为整数。
基于该方案，在接收到的第二电波的强度比较弱(或者也可称为第二电波的功率较小)，甚至无法检测第二电波的模拟波形的情况下，可通过将第二电波转化为N个能量子集，统计N个能量子集的第一分布结果，确定出第二电波的对应的第一电波的第i个方向矢量，即可根据预设的映射关系确定出第i个方向矢量对应的第一符号，从而可确定出第一数据。实现了将能量较弱的第二电波承载的第一符号确定出来，如此，可充分利用微弱电波的能量来提取电波中承载的数据，从而有助于提高接收信号的灵敏度。
在一种可能的实现方式中，可根据电波与能量子之间的能量转化关系，将第二电波转化为N个能量子集。
进一步，可分别确定N个能量子集中的能量子数，得到N个第二分布结果，一个能量子集对应一个第二分布结果，统计N个第二分布结果，得到第一分布结果。
在一种可能的实现方式中，可针对N个时间窗中的第k个时间窗，将第二电波转化为一个能量子集，k取遍1至N，其中，N个时间窗的累加值为传输第一符号持续的时长。
在一种可能的实现方式中，可根据第一分布结果和预存的M个本征态qi，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量，本征态qi为第一电波的第i个方向矢量上未承载符号时，得到的N个能量子集的分布结果，M个本征态qi与第一电波的M个方向矢量一一对应，i取遍1至M。
具体可根据
Figure BDA0001966645430000021
得到M个
Figure BDA0001966645430000022
确定M个
Figure BDA0001966645430000023
中的最大值对应的i值，为第一电波的方向矢量的序号i，其中，p(s)为第一分布结果，序号为i的第一电波的方向矢量为第一电波的第i个方向矢量，其中，*表示数学卷积运算。通过将第一分布结果与本征态的相关运算，可精确确定出承载第一符号的第一电波的方向矢量的序号。
在一种可能的实现方式中，可通过M个极化接收天线分别接收第二电波。
在一种可能的实现方式中，可对第二电波执行以下内容中的任一项或任多项：对第二电波进行滤波，对第二电波进行放大，对第二电波进行解调。有助于降低第二电波转化为能量子时干扰。
在一种可能的实现方式中，在第二电波所处环境的温度低于温度阈值时，将第二电波转化为N个能量子集。温度较低，可以减少背景热噪声，从而有助于提高统计能量子集的量子数的精确性。
第三方面，本申请提供一种通信装置，包括方向矢量调制器和发射天线，方向矢量调制器，用于将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波。发射天线，用于发射来自方向矢量调制器的第二电波。第一符号为第一数据对应的一个符号，第一电波支持M个方向矢量，第一电波的第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，第一电波的第i个方向矢量与第i个分布结果对应，第i个分布结果是通过将第二电波转化为能量子得到的，M为正整数，i为整数。
基于上述方案，相比于现有技术将符号调制于载波的相位、幅度和频率三个维度上，上述方案可通过方向矢量调制器将第一符号调制于第一电波的方向矢量上，即可将第一符号承载于第一电波的方向矢量上。如此，增加了符号调制于电波上的维度，从而有助于满足无线传输日益增长的需求。进一步，上述方案是将符号调制于第一电波的方向矢量上，未改变现有技术中将符号调制于相位、幅度和频率的方式，因此，该方案可兼容现有技术中符号可调制的维度。
在一种可能的实现方式中，方向矢量调制器，具体用于根据预设的映射关系，确定第一符号对应的第一电波的方向矢量的序号i，将第一符号调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，其中，序号为i的第一电波的方向矢量为第一电波的第i个方向矢量。
在一种可能的实现方式中，该通信装置还包括频域资源选择器。频域资源选择器，用于根据所述第一符号对应的用户标识，确定发射第二电波的频率和带宽。发射天线，具体用于根据发射第二电波的频率和带宽，发射第二电波。
在一种可能的实现方式中，发射天线包括M个极化发射天线和极化发射天线选择器。极化发射天线选择器，用于根据来自方向矢量调制器的序号i，确定发射第二电波的极化发射天线，通过确定出的极化发射天线，发射第二电波。
第四方面，本申请提供一种通信装置，包括接收天线、电波能量子转化器和能量子检测器；接收天线，用于接收第二电波，第二电波是将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的M个方向矢量中的一个方向矢量上得到的，第一符号为第一数据对应的一个符号，M为正整数；电波能量子转化器，用于将来自接收天线的第二电波转化为N个能量子集，一个能量子集为空集或包括至少一个能量子，N为正整数；能量子检测器，用于确定来自电波能量子转化器的N个能量子集的第一分布结果，根据第一分布结果，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量，根据第一电波的第i个方向矢量和预设的映射关系，确定第一符号，第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，i为整数。
基于该方案，在通信装置接收到的第二电波的强度比较弱，甚至无法检测第二电波的波形的情况下，通过将第二电波转化为N个能量子集，通过统计N个能量子集的第一分布结果，确定出第二电波的对应的第一电波的第i个方向矢量，即可根据预设的映射关系确定出第i个方向矢量对应的第一符号，从而可确定出第一数据，实现了将能量较弱的第二电波承载的第一符号确定出来，从而，可充分利用微弱电波的能量来提取电波中承载的数据，有助于提高通信装置接收信号的灵敏度。
在一种可能的实现方式中，电波能量子转化器，具体用于根据电波与能量子之间的能量转化关系，将第二电波转化为N个能量子集。
可选地，一份能量子的能量大小等于普朗克常数乘以辐射电磁波的频率，即E＝hv，E表示一个能量子的能量，h是普朗克常数，v是辐射电磁波的频率；
在一种可能的实现方式中，电波能量子转化器，具体用于针对N个时间窗中的第k个时间窗，将第二电波转化为一个能量子集，k取遍1至N，其中，N个时间窗的累加值为传输第一符号持续的时长。
在一种可能的实现方式中，能量子检测器包括能量子计数模块和能量子统计模块。能量子计数模块，用于分别确定来自电波能量子转化器的N个能量子集中的能量子数；能量子统计模块，用于根据来自能量子计数模块的N个能量子集中的能量子数，得到N个第二分布结果，统计N个第二分布结果，得到第一分布结果；一个能量子集对应一个第二分布结果。
在一种可能的实现方式中，能量子检测器还包括状态互相关操作模块。状态互相关操作模块，用于根据来自能量子统计模块的第一分布结果和预存的M个本征态qi，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量；其中，本征态qi为第一电波的第i个方向矢量上未承载符号时，得到的N个能量子集的分布结果，M个本征态qi与第一电波的M个方向矢量一一对应，i取遍1至M。
在一种可能的实现方式中，状态互相关操作模块，具体用于根据
Figure BDA0001966645430000041
得到M个
Figure BDA0001966645430000042
p(s)为第一分布结果；确定M个
Figure BDA0001966645430000043
中的最大值对应的i值，为第一电波的方向矢量的序号i，其中，序号为i的第一电波的方向矢量为第一电波的第i个方向矢量。
在一种可能的实现方式中，接收天线包括M个极化接收天线，M个极化接收天线，用于分别接收第二电波。
在一种可能的实现方式中，通信装置还包括以下内容中的任一项或任多项：滤波器，用于对来自接收天线的第二电波进行滤波；放大器，用于对来自滤波器的第二电波进行放大；解调器，用于对来自放大器的第二电波进行解调。
在一种可能的实现方式中，通信装置还包括制冷器，用于对电波能量子转化器进行制冷。
第五方面，本申请提供一种通信装置，通信装置包括至少一个收发器和至少一个处理器。可选地，还包括至少一个存储器。其中，存储器用于存储指令；处理器用于根据执行存储器存储的指令，并控制收发器进行信号接收和信号发送，当处理器执行存储器存储的指令时，通信装置用于执行上述第一方面或第一方面中任一种方法、或用于执行上述第二方面或第二方面任一种方法。
第六方面，本申请提供一种通信装置，用于实现上述第一方面或第一方面中的任意一种方法，或者用于实现上述第二方面或第二方面中的任意一种方法，包括相应的功能模块，分别用于实现以上方法中的步骤。功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的模块。
在一种可能的实施方式中，通信装置的结构中包括处理单元和收发单元，这些单元可以执行上述方法示例中相应功能，具体参见方法示例中的详细描述，此处不做赘述。
第七方面，本申请提供一种通信系统，该通信系统可包括第三方面的通信装置和第四方面的通信装置。
第八方面，本申请提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法、或者使得计算机执行第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的方法。
第九方面，本申请实施例提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法、或者使得计算机执行第二方面或第二方面的任意可能的实现方式中的方法。
附图说明
图1为本申请提供的一种通信系统的架构示意图；
图1a为本申请提供的一种卫星和终端设备的远距离通信系统的架构示意图；
图1b为本申请提供的一种终端设备和基站之间多障碍物的通信系统架构示意图；
图2为本申请提供的一种通信装置的架构示意图；
图2a为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图；
图2b为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图；
图2c为本申请提供的又一种通信装置的架构示意图；
图3为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图；
图3a为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图；
图3b为本申请提供的又一种通信装置的架构示意图；
图3c为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图；
图4为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图；
图5为本申请提供的另一种通信系统的架构示意图；
图6为本申请提供的另一种通信系统的架构示意图；
图7为本申请提供的一种量子通信方法流程示意图；
图8为本申请提供的另一种量子通信方法流程示意图；
图9为本申请提供的一种通信装置的架构示意图；
图10为本申请提供的一种通信装置的架构示意图。
具体实施方式
应理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于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：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
图1示例性示出了本申请提供的一种通信系统的架构示意图。该通信系统包括至少两个通信装置。图1以通信系统包括通信装置11和通信装置12为例说明，通信装置11和通信装置12之间可通过无线的方式进行通信。例如可通过Uu空口进行通信，或者也可通过侧行链路(Sidelink，SL)空口进行通信。通信装置11和通信装置12可以是相同的通信装置，也可以是不同的通信装置。本申请中的通信系统包括但不限于：通用移动通信系统(universal mobile telecommunications system，UMTS)、长期演进(long termevolution，LTE)无线通信系统、第五代(5th generation，5G)移动通信系统、码分多址(code division multiple access，CDMA)IS-95、码分多址(code division multipleaccess，CDMA)2000、时分同步码分多址(time division-synchronous code divisionmultiple access，TD-SCDMA)、宽带码分多址(wideband code division multipleaccess，WCDMA)、个人手持电话系统(personal handy-phone system，PHS)、802.11系列协议规定的无线保真(wireless fidelity，WiFi)、或全球微波互联接入(worldwideinteroperability for microwave access，WiMAX)，或未来可能出现的其他通信系统等。在一种情况下，通信装置11可作为发射端，通信装置12可作为接收端；在另一种情况下，通信装置11可作为接收端，通信装置12可作为发射端。
通信装置(例如：通信装置11和通信装置12)可以是终端设备、基站或卫星等。
终端设备，也可称为终端，可以是无线终端，无线终端指向用户提供语音和/或数据连通性的设备，具有无线连接功能的手持式设备、或连接到无线调制解调器的其他处理设备。无线终端可以经无线接入网(radio access network，RAN)与一个或多个核心网进行通信，无线终端可以是移动终端，如移动电话(或称为“蜂窝”电话)和具有移动终端的计算机，例如，可以是便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的或者车载的移动装置，它们与无线接入网交换语言和/或数据。例如，个人通信业务(personal communication service，PCS)电话、无绳电话、会话发起协议(SIP)话机、无线本地环路(wireless local loop，WLL)站、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等设备。无线终端也可以称为订户单元(subscriber unit)、订户站(subscriber station)，移动站(mobile station)、移动台(mobile)、远程站(remote station)、接入点(access point)、远程终端(remoteterminal)、接入终端(access terminal)、用户终端(user terminal)、用户代理(useragent)、用户设备(user device)、或用户设备(user equipment)，也可以是传感器终端。
基站，可以是UMTS中的宏演进型基站(evolved node B，eNB)、或者LTE无线通信系统中的宏基站eNB、或者5G移动通信系统中的gNB、或者C-RAN组网中的基带处理单元池(building base band unit pool，BBU pool)和射频单元(radio remote unit，RRU)、或者基站收发台(base transceiver station，BTS)和/或基站控制器(base stationcontroller，BSC)、或者TD-SCDMA系统中的节点B(nodeB，NB)和/或无线网络控制器(radionetwork controller，RNC)、或者WCDMA系统中的节点B(nodeB，NB)和/或无线网络控制器(radio network controller，RNC)。
图1所示的通信系统可应用于通信装置11和通信装置12之间传输的信号比较弱的场景中。示例性地，如图1a所示，为本申请提供的一种卫星和终端设备的远距离通信系统的架构示意图。该通信系统中终端设备可以为多个，卫星也可以为多个，为可便于方案的说明，图1a所示的通信系统以包括终端设备11a和卫星12a为例，终端设备11a与卫星12a之间的距离比较远，终端设备11a接收来自卫星12a的电波的能量可能会比较弱，相应地，卫星12a接收来自终端设备11a的电波的能量也可能会比较弱。终端设备11a可以是上述图1中的通信装置11和通信装置12中的一个，卫星12a可以是上述图1中的通信装置11和通信装置12中的另一个。
示例性地，如图1b所示，为本申请提供的一种终端设备和基站之间多障碍物的通信系统架构示意图。该通信系统中的终端设备可以为多个，基站也可以为多个。为了便于方案的说明，图1b以包括终端设备11b和基站12b为例，终端设备11b和基站12b之间可通过Uu空口进行通信，终端设备11b和基站12b之间的存在较多的障碍物，终端设备11b接收来自基站12b的电波的能量可能会由于障碍物的阻挡比较弱，相应地，基站12b接收来自终端设备11b的电波的能量也可能会由于障碍物的阻挡比较弱。终端设备11b可以是上述图1中的通信装置11和通信装置12中的一个，基站12b可以是上述图1中的通信装置11和通信装置12中的另一个。终端设备11b可与上述图1a中的终端设备11a相同，也可以不同。
如图2-图2c所示，为本申请提供的不同的通信装置的结构示意图，均可用于解决背景技术中的问题。图2-图2c所示的通信装置可以是上述图1所示的通信装置11和通信装置12中的任一个，或者也可以是上述图1a所示的终端设备11a和卫星12a中任一个，或者也可以是上述图1b所示的终端设备11b和基站12b中的任一个。如图3至图3c所示，为本申请提供的不同的通信装置的结构示意图，均可用于解决现有技术中通信装置接收到能量较弱的电波时无法获取到电波中承载的符号(或数据)的问题。图3至图3c所示的通信装置可以是上述图1所示的通信装置11和通信装置12中的任一个，或者也可以是上述图1a所示的终端设备11a和卫星12a中任一个，或者也可以是上述图1b所示的终端设备11b和基站12b中的任一个。下面分别说明。
图2示例性示出了本申请提供的一种通信装置的架构示意图。如图2所示，该通信装置包括方向矢量调制器20和发射天线21。方向矢量调制器20，用于将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波。发射天线21，用于发射来自方向矢量调制器20的第二电波。
其中，第一符号为第一数据对应的一个符号，第一数据为待发送的数据。在一种可能的实现方式中，第一数据可根据设定的调制方式调制为至少一个符号，第一符号即为至少一个符号中的一个，设定的调制方式可为16正交幅度调制(quadrature amplitudemodulation，QAM)或64QAM等，本申请对此不做限定。第一电波可支持M个方向矢量，也可以理解为，包含该通信装置的无线通信系统可支持M个量子态，一个符号可调制于第一电波的一个方向矢量，即第一电波的一个方向矢量可承载一个符号。第一电波的一个方向矢量可对应一个能量子的分布结果，能量子的分布结果可通过将第二电波转化为能量子得到。示例性地，第一电波的第i个方向矢量可与第i个分布结果对应，M为正整数，i为整数。
在一种可能的实现方式中，第一符号的比特信息量L可通过L＝log2M确定。也可以理解为，将L个二进制0或1的比特作为一组，确定为一个符号。可以理解的是，第一电波支持的M个方向中的各方向可承载的比特信息量为L。
在一种可能的实现方式中，方向矢量调制器20用于根据预设的映射关系，确定第一符号对应的第一电波的方向矢量的序号i，将第一符号调制于第一电波的方向矢量的序号为i的方向矢量上，其中，序号为i的第一电波的方向矢量为第一电波的第i个方向矢量，即将第一符号调制于第一电波的第i个方向矢量上。
示例性地，假设第一电波支持4个方向矢量，分别为1、2、3和4，第一数据的一个符号的比特信息量L＝log24＝2，第一数据对应的符号包括00、01、10和11，预设的映射关系可如表1所示。
表1第一电波的方向矢量的序号与第一数据对应的符号之间的映射关系
第一电波的方向矢量的序号i 1 2 3 4
第一数据对应的符号 00 01 10 11
如表1所示，第一电波的方向矢量的序号与第一数据对应的符号一一对应，即可将第一数据对应的一个符号调制于对应的第一电波的方向矢量上。例如，序号为1的第一电波的方向矢量与第一数据对应的符号00对应，因此，可将符号00调制于第一电波的第1个方向矢量上。基于相同的原理，可将符号01调制于第一电波的第2个方向矢量上，可将符号10调制于第一电波的第3个方向矢量上，可将符号11调制于第一电波的第4个方向矢量上。
在一种可能的实现方式中，发射天线21可将第二电波辐射到无线信道中。示例性地，第二电波可用如下公式1表示。可选地，第二电波为脉冲电波。
Figure BDA0001966645430000081
其中，k表示第k个相位，k＝1，2，……，K，t表示时间，0≤t≤T，↑i(t)表示将第一符号调制于第一电波的第i个方向矢量后的得到的第二电波的方向矢量信息，i＝1，2，……,M。
基于上述方案，相比于现有技术将符号调制于载波的相位、幅度和频率三个维度上，上述方案可通过方向矢量调制器将第一符号调制于第一电波的方向矢量上，即可将第一符号承载于第一电波的方向矢量上。如此，增加了符号调制于电波上的维度，从而有助于提高无线通信系统中通信装置的数据传输能力。进一步，上述方案是将符号调制于第一电波的方向矢量上，未改变现有技术中将符号调制于相位、幅度和频率的方式，因此，该方案可兼容现有技术中符号可调制的维度。
如图2a所示，为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图。该通信装置包括方向矢量调制器20、发射天线21和频域资源选择器22。其中，频域资源选择器22，用于根据第一符号对应的用户标识，确定发射第二电波的频率和带宽。发射天线21，用于根据发射第二电波的频率和带宽，发射第二电波。方向矢量调制器20的介绍可参见上述图2的描述，此处不再赘述。
示例性地，频域资源选择器22可先确定第一符号对应的用户标识，根据确定出的该用户标识确定发射第二电波的频率ν和带宽B。比如，频域资源选择器22确定出第一符号对应的用户标识A，则可根据预设的用户标识分别与频率和带宽的关系，确定用户标识A对应的频率和带宽。一种可能的实现方式中，在将第二电波转化为能量子时，由于一份能量子的能量Fv＝hv，其中，h为普朗克常数，v为第二电波的载波的频率，因此，选择的频率ν会影响能量子的类型。带宽B可表示频率的最大值和最小值之间的差值，选择的带宽B较小时，有利于接收端的通信装置将电波转化为能量子的实现，以及有助于提高能量子数的统计结果的精确性。而且，接收端的通信装置是将第二电波转化为能量子来提取第二电波承载的第一符号，因此，可使得通信装置为发射第二电波选择较窄的带宽。
下面对图2和图2a所示的各个功能模块分别进行详细介绍说明，以给出示例性的具体实现方案。
一、频域资源选择器22
如图2b所示，为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图。该通信装置包括方向矢量调制器20、发射天线21和频域资源选择器22。频域资源选择器22可包括频率选择器221和带宽选择器222。可选地，还包括滤波器(filter)223。其中，频率选择器221可包括频率选择模块221a、频率发生器221b、本地振荡器(local oscillator，LO)221c和混频器221d。方向矢量调制器20和发射天线21可参见上述图2或图2a的描述，此处不再赘述。
频率选择器221，用于确定发射第二电波的频率。在一种可能的实现方式中，可根据第一符号对应的用户标识和预设的规则来确定发射第二电波的频率。具体可为：频率选择模块221a用于根据第一符号对应的用户标识选择第一频率，将选择的第一频率输入频率发生器221b。频率发生器221b，用于根据第一频率，生成第一信号，即基带信号，并向混频器221d输入第一信号。本地振荡器221c，用于生成第二信号，并向混频器221d输入第二信号。混频器221d，用于对接收到的第一信号和第二信号进行混频处理，得到第三信号，并将第三信号向滤波器223输入。
示例性地，频率选择器221中的频率选择模块221a可用于根据预设的规则选择第一频率vA(vA＝0.001GHz)，将选择的第一频率输入频率发生器221b。频率发生器221b，用于根据第一频率，生成第一信号，生成的第一信号的频率为0.001GHz，并向混频器221d输入第一信号cosνA。本地振荡器221c，用于生成第二信号cosvLO，vLO＝60GHz，并向混频器221d输入第二信号。混频器221d，用于对接收到的第一信号cosvA和第二信号cosvLO进行混频处理，得到第三信号cosvAcosvLO＝[cos(vA+νLO)+cos(νA-νLO)]/2，可确定出第三信号的频率为νA+vLO＝60.001GHz和vA-vLO＝59.999GHz。
带宽选择器222，用于根据所述第一符号对应的用户标识，确定发射第二电波的带宽，并向滤波器223输入选择的带宽。示例性地，带宽选择器222可根据第一符号对应的用户标识A和预设的规则，确定出发射第二电波的带宽B为60.0005GHz至60.0015GHz的1kHz。带宽选择器222向滤波器223输入选择的带宽B。也可以理解为，带宽选择器222可对滤波器223进行滤波参数配置，使得用户标识A发射第二电波的载波中心频率是60.001GHz，带宽1kHz。
滤波器223，是允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备，例如，允许选择的用户标识A对应的第二电波通过同时屏蔽其他用户的频段。示例性地，结合上述频率选择器221和带宽选择器222的示例，可用于对接收的第三信号进行滤波处理，具体为：滤波器223滤除不需要的频率为59.999GHz信号，保留需要的频率为60.001GHz信号。也可以理解为，确定出发射第二电波的载波中心频率是60.001GHz，带宽1kHz。
在一种可能的实现方式中，不同的用户标识可分别选择不同频率，使得不同用户之间发送的电波互不干扰，不同用户可以使用相同或者不同的带宽发送第二电波。
二、发射天线21
图2c示例性示出了本申请提供的又一种通信装置的架构示意图。如图2c所示，通信装置包括方向矢量调制器20、发射天线21和频域资源选择器22。发射天线21包括极化发射天线选择器211和M个极化发射天线212，M个极化发射天线212具有不同的极化方向。其中，方向矢量调制器20和频域资源选择器22可参见上述图2至图2b中的介绍，此处不再赘述。
极化发射天线选择器211，用于根据来自方向矢量调制器20的第一电波的方向矢量的序号i，确定发射第二电波的极化发射天线，其中，发射第二电波的极化发射天线为M个极化发射天线中的一个。通过确定出的极化发射天线212，发射第二电波。
在一种可能的实现方式中，M个极化发射天线可与第一电波的M个方向矢量一一对应。示例性地，如表2所示，为本申请提供的一种极化发射天线的序号与第一电波的方向矢量的序号之间的映射关系。
表2第一电波的方向矢量的序号与极化发射天线的序号之间的映射关系
序号i 1 2 3 4
极化发射天线序号j 1 2 3 4
如表2所示，第一电波的方向矢量的序号i与极化发射天线的序号j之间一一对应。如表2所示，第1个极化发射天线用于发射调制于第一电波的第1个方向矢量上的第1个第二电波，第2个极化发射天线用于发射调制于第一电波的第2个方向矢量上的第2个第二电波，第3个极化发射天线用于发射调制于第一电波的第3个方向矢量上的第3个第二电波，第4个极化发射天线用于发射调制于第一电波的第4个方向矢量上的第4个第二电波。
结合上述表1和表2，第一电波支持M个方向矢量，可根据表1将第一符号调制于第一电波的第i个方向矢量↑i上，根据表2可确定发射第二电波的极化发射天线为第i个发射极化天线，通过第i个发射极化天线发射第二电波。比如，若第一符号为00，通过表1确定第一符号00可调制于第一电波的第1个方向矢量上，得到第1个第二电波，通过表2可确定使用第1个极化发射天线发射第1个第二电波。以此类推。
如图2c所示，通信装置发射天线21还可包括匹配网络，其中，匹配网络用于极化发射天线212的阻抗匹配，调整极化发射天线212的负载功率并且抑制信号反射。
图3示例性示出了本申请提供的另一种通信装置的架构示意图。如图3所示，通信装置包括接收天线31、电波能量子转化器32和能量子检测器33。接收天线31，用于接收第二电波。电波能量子转化器32，用于将来自接收天线31的第二电波转化为N个能量子集。能量子检测器33，用于确定来自电波能量子转化器32的N个能量子集的第一分布结果，根据第一分布结果，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量，根据第一电波的第i个方向矢量和预设的映射关系，确定第一符号。
其中，接收的第二电波是将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的M个方向矢量中的一个方向矢量上得到的，该过程可参见上述图2中方向矢量调制器20的介绍。
此处，第一符号为第一数据对应的一个符号，第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，一个能量子集为空集或包括至少一个能量子，i为整数，N为正整数。
在一种可能的实现方式中，电波和能量子之间满足能量守恒，电波能量子转化器32，可用于根据电波与能量子之间的能量转化关系，将第二电波转化为N个能量子集。
进一步，通信装置中可预存有接收一个符号持续的时长，将接收一个符号持续的时长分为N个时间窗(也可称为时域)，每个时间窗的时长为T，针对N个时间窗中的第k个时间窗，根据电波与能量子之间的能量转化关系，将第二电波转化为一个能量子集，k取遍1至N(即一个时间窗内执行一次第二电波与能量子之间的转化)，可得到N个能量子集。
示例性地，电波与能量子之间的能量转化关系可如公式2，也可以理解为，可通过公式2将第二电波转化为一个能量子集。
Figure BDA0001966645430000101
其中，s(t)表示第二电波，δ表示转换损耗因子，0≤δ≤1，T表示一个时间窗的时长，Q表示该能量子集中的能量子的数量，Q为整数，Fv＝hv，表示一份能量子的能量大小，E0是转换过程需要的基础激励能量。
其中，能量子集也可能为空集，即能量子集中没有能量子。
基于该方案，在通信装置接收到的第二电波的强度比较弱，甚至无法还原第二电波的波形的情况下，通过将第二电波转化为N个能量子集，通过统计N个能量子集的第一分布结果，确定出第二电波的对应的第一电波的第i个方向矢量，即可根据预设的映射关系确定出第i个方向矢量对应的第一符号，从而可确定出第一数据。如此，实现了将能量较弱的第二电波承载的第一符号确定出来，从而，有助于提高通信装置接收信号的灵敏度。
下面对图3所示的各个功能模块分别进行详细介绍说明，以给出示例性的具体实现方案。
一、能量子检测器33
如图3a所示，为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图。该通信装置包括接收天线31、电波能量子转化器32和能量子检测器33。能量子检测器33可包括能量子计数模块331和能量子统计模块332。接收天线31和电波能量子转化器32可参见上述图3中的介绍，此处不再赘述。
能量子计数模块331，用于分别确定来自电波能量子转化器32的N个能量子集中的能量子数。一种可能的实现方式中，电波能量子转化器32向能量子检测器传输N个能量子集，能量子计数模块331可根据上述公式2，分别确定出N个能量子集中的各能量子集中的能量子数。
能量子统计模块332，用于根据来自能量子计数模块331的N个能量子集分别对应的能量子数，得到N个第二分布结果，统计N个第二分布结果，得到第一分布结果，一个能量子集对应一个第二分布结果。
示例性地，第二分布结果可以是能量子集的能量子数与时间的关系。比如，N个时间窗对应N个能量子集，一个能量子集对应一个能量子数，即第二分布结果可为(Qk，Tk)。可将第二分布结果(Qk，Tk)按照时间的先后顺序构成一个时间序列向量，得到第一分布结果为p(s)＝[Q1，Q2，…，Qk…，QN]。
如图3a所示，能量子检测器33还可包括状态互相关操作模块334。可选地，还可包括本征态存储模块333和符号处理模块335。
本征态存储模块333，用于存储M个本征态qi，i取遍1至M，第一电波的M个方向矢量与M个本征态qi一一对应。一种可能的实现方式中，本征态可以是在理想环境下接收未承载符号的电波，并将未承载符号的电波转化为N个能量子集，分别统计N个能量子集得到的分布结果得到的。例如，本征态qi为第一电波的第i个方向矢量上未承载符号时，得到的N个能量子集的分布结果。理想环境可为微波暗室、接收天线和发射天线之间没有任何障碍物、相隔距离比较近、且对准的环境。示例性地，本正态qi也可为时间序列向量qi＝[Qi-1,Qi-2,…,Qi-k…,Qi-N]。
状态互相关操作模块334，用于根据来自能量子统计模块332的第一分布结果和来自本征态存储模块333的M个本征态qi，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量。一种可能的实现方式中，状态互相关操作模块334可根据
Figure BDA0001966645430000111
得到M个
Figure BDA0001966645430000112
确定M个
Figure BDA0001966645430000113
中的最大值对应的i值，为第一电波的方向矢量的序号i，其中，序号为i的第一电波的方向矢量为第一电波的第i个方向矢量，p(s)为第一分布结果，可以为p(s)＝[Q1，Q2，…，Qk…，QN]，*表示数学卷积运算。通过将M个本征态作为基准和参考，可精确确定出发射第一符号调制的第一电波的方向矢量，从而有助于精确确定出第一符号。
需要说明的是，
Figure BDA0001966645430000114
最大可说明p(s)与qi最相关，由此可确定出，第二电波是通过将第一符号调制于第一电波的第i个方向矢量上得到的。
符号处理模块335，用于根据来自状态互相关操作模块334中第一电波的方向矢量的序号i和预设的映射关系，确定第一符号。结合上述表1，符号处理模块335若接收到来自状态互相关操作模块334中第一电波的方向矢量的序号i为1，则可确定对应的第一符号为00；若接收到的第一电波的方向矢量的序号i为2，可确定对应的第一符号为01；若接收到的第一电波的方向矢量的序号i为3，可确定对应的第一符号为10；若接收到的第一电波的方向矢量的序号i为4，可确定对应的第一符号为11，将得到的第一符号根据预设的规则进行整合可得到对应的第一数据。
二、电波能量子转化器32
图3b示例性示出了本申请提供的又一种通信装置的架构示意图。如图3b所示，该通信装置包括接收天线31、电波能量子转化器32和能量子检测器33。电波能量子转化器32可包括放大器322和转化器325。可选地，还可包括滤波器321、滤波器323和制冷器326。接收天线31可参见上述图3中的介绍，能量子检测器33可参见上述图3或图3a中的介绍，此处不再赘述。
滤波器321，用于对从接收天线31接收的第二电波进行滤波。可选地，该滤波器321可过滤掉接收天线31和周围环境引入的频带外的信号。也可以理解为，过滤掉接收天线31和外界环境带来的噪声。
放大器322，用于对来自滤波器321的第二电波进行放大。放大器322可实现放大微弱的信号，且自身的噪声对有用信号的干扰较小，即放大器322信噪比较高。在一种可能的实现方式中，放大器322可为行波量子放大器322a和/或异质结场效应晶体管低噪声放大器322b。其中，异质结场效应晶体管低噪声放大器322b是指噪声系数很低的放大器，可作为无线电接收端的高频或中频前置放大器。
滤波器323，用滤除来自放大器322引入的频带外信号。也可以理解为，过滤掉因放大器322引入的噪声。
转化器325，用于将接收到的基带信号，根据电波与能量子之间的能量转化关系，转化为N个能量子集。一种可能的实现方式中，转化器325可为微弱电波探测器325b和/或磁场探测器325c。微弱电波探测器325b可为约瑟夫森结微弱电波探测器或超导SIS混频器等。
制冷器326，用于对电波能量子转化器32进行制冷。示例性地，可对转化器325中的微弱电波探测器325a和/或磁场探测器325b进行制冷。通过制冷器326对电波能量子转化器32进行制冷，可去除背景热噪声，从而有助于提高对能量子集中能量子数的统计结果的准确性。
三、接收天线31
图3c示例性示出了本申请提供的另一种通信装置的架构示意图。如图3c所示，该通信装置包括接收天线31、电波能量子转化器32和能量子检测器33。接收天线31可包括M个极化接收天线311。M个极化接收天线311具有不同的极化方向，可用于分别接收第二电波。电波能量子转化器32和能量子检测器33可参见上述图3至图3b中的介绍，此处不再赘述。
在一种可能的实现方式中，极化接收天线311的极化方向与极化发射天线211的极化方向越接近，接收到的第二电波的能量越大。例如，第i个极化发射天线211与第i′个极化接收天线311的极化方向相同，在第i个极化发射天线211发射第二电波时，第i′个极化接收天线311接收到的第二电波的能量相较于其它极化接收天线的能量强。如此，可通过将极化接收天线311可与对应的极化发射天线211的极化方向对准，有助于提高传输的电波能量的强度。
如图3c所示，一个极化接收天线311对应一个电波能量子转化器32、对应一个能量子检测器33。极化接收天线311可将接收到的第二电波分别传输至对应的电波能量子转化器32。极化接收天线311将第二电波传输至电波能量子转化器32之后的处理方式可参见上述图3至图3b中的介绍，此处不再赘述。
如图4所示，为本申请提供的另一种通信装置的架构示意图。该通信装置可包括上述图2至图2c任一个中的通信装置、以及上述图3至图3c任一个中的通信装置。也可以理解为，在图4所示的通信装置中，上述图2至图2c任一个中的通信装置可作为发射端，图3至图3c任一个中的通信装置可作为接收端。
如图4所示，发射天线21和接收天线31可以是相同的天线(即共用天线)，可通过控制开关开实现选择发射链路或选择接收链路。作为发射天线时可参见上述图2至图2c中发射天线21的介绍，作为接收天线时可参见上述图3至图3c中接收天线31的介绍，此处不再赘述。
基于图4所示的通信装置，一方面，作为发送端的通信装置可以将第一数据对应的符号调制于第一电波的方向矢量，以增加第一数据在第一电波上的调制维度，从而提高通信装置的数据传输能力。另一方面，作为接收端的通信装置可以将第二电波转化为能量子集，以实现在第二电波的能量较弱的情况下，解调出第二电波上承载的第一符号，从而可提供无线通信系统中通信装置接收信号的灵敏度。
示例性地，图2至图2c中任一个通信装置与图3至图3c中任一个通信装置可集成在一个通信装置上。比如，均集成在终端，图2至图2c中任一个通信装置为终端的发射端、且图3至图3c中任一个通信装置为终端的接收端。再比如，均集成在基站，图2至图2c中任一个通信装置为基站的发射端，且图3至图3c中任一个通信装置为基站的接收端。再比如，均集成在卫星上，即图2至图2c中任一个通信装置为卫星的发射端，且图3至图3c中任一个通信装置为卫星的接收端。
如图5-图6所示，为本申请提供的不同的通信系统的架构示意图。图5和图6所示的通信系统可以是上述图1所示的通信系统，或者也可以是上述图1a所示通信系统，或者也可以是上述图1b所示的通信系统。下面分别说明。
如图5所示，为本申请提供的另一种通信系统的架构示意图。该通信系统可包括图2c所示的通信装置和图3c所示的通信装置。在该通信系统中，图2c所示的通信装置可作为发射装置，图3c所示的通信装置可作为接收装置。图2c所示的通信装置中的M个极化发射天线211中的一个极化发射天线211发射第二电波，图3c的接收装置中的M个极化接收天线311可分别接收第二电波，极化接收天线311可将接收到的第二电波分别传输至对应的电波能量子转化器32，电波能量子转化器32接收到第二电波后的处理方式以及能量子检测器33的处理方式均可参见上述图3至图3c中的介绍，此处不再赘述。
如图6所示，为本申请提供的又一种通信系统的架构示意图。该通信系统可包括至少两个上述图4所示的通信装置。该通信系统中通信装置的介绍可参加上述图4中通信装置的介绍，此处不再赘述。
基于上述图5或图6所示的通信系统，通过将第一数据对应的符号调制于第一电波的方向矢量，增加第一数据在第一电波上的调制维度，从而提高无线通信系统的数据传输能力。进一步，将第二电波转化为能量子集，以实现在第二电波的能量较弱的情况下，解调出第二电波上承载的第一符号，从而可提供无线通信系统接收信号的灵敏度。
图7示例性示出了本申请提供的一种量子通信方法流程示意图。该通信方法可由上述图2至图2c所示的通信装置中的任一个通信装置执行。该方法包括以下步骤：
步骤701，将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波。
其中，第一符号为第一数据对应的一个符号，第一电波支持M个方向矢量，第一电波的第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，第一电波的第i个方向矢量与第i个分布结果对应，第i个分布结果是通过将第二电波转化为能量子得到的，M为正整数，i为整数。
一种可能的实现方式中，可根据预设的映射关系，确定第一符号对应的第一电波的方向矢量的序号i，将第一符号调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波。其中，序号为i的第一电波的方向矢量为第一电波的第i个方向矢量。
该步骤701可以由图2至图2c所示的通信装置中的方向矢量调制器20执行，详细过程可参见上述图2至图2c中的介绍，此处不再赘述。
步骤702，发射第二电波。
该步骤702可由上述图2至图2c所示的通信装置中的发射天线21执行，可参见上述发射天线21的介绍，此处不再赘述。
在一种可能的实现方式中，可根据第一电波的方向矢量的序号i，确定发射第二电波的频率和带宽。其中，确定发射第二电波的频率和带宽的可由上述图2至图2c所示的通信装置中的频域资源选择器22执行，具体过程可参见上述频域资源选择器22的介绍，此处不再赘述。
进一步，可根据发射第二电波的频率和带宽，发射第二电波。
在一种可能的实现方式中，发射天线可为M个极化发射天线，可先根据第一电波的方向矢量的序号i，确定发射第二电波的极化发射天线，之后通过确定出的极化发射天线发射第二电波，具体可参见上述发射天线21的介绍。
从上述步骤701至步骤702可以看出，相比于现有技术将符号调制于载波的相位、幅度和频率的参量，本申请该方案通过将第一符号调制于第一电波的方向矢量上，可增加符号调制于电波上的维度，从而有助于满足无线传输日益增长的需求。进一步，该方案是将符号调制于第一电波的方向矢量上，并未改变现有技术中将符号调制于相位、幅度和频率的方式，因此，该方案可兼容现有技术中符号可调制的维度。
需要说明的是，方法中其它可能实现方式可参见上述描述，此处不再赘述。
如图8所示，为本申请提供的另一种量子通信方法流程示意图。该通信方法可由上述图3至图3c所示的通信装置中的任一个通信装置执行。该方法包括以下步骤：
步骤801，接收第二电波。
其中，第二电波是将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的M个方向矢量中的一个方向矢量上得到的，第一符号为第一数据对应的一个符号。
该步骤801可由上述图3至图3c中的接收天线31执行，可能的实现方式可参见上述接收天线31的介绍，此处不再赘述。
步骤802，将第二电波转化为N个能量子集。
其中，一个能量子集为空集或包括至少一个能量子，N为正整数。
在一种可能的实现方式中，可根据电波与能量子之间的能量转化关系，将第二电波转化为N个能量子集。具体可为：针对N个时间窗中的第k个时间窗，将第二电波转化为一个能量子集，k取遍1至N，可得到N个能量子集，其中，N个时间窗的累加值为传输第一符号持续的时长。
为了减小背景热噪声，提高统计转化后的能量子数量的精确度，可在第二电波所处环境的温度低于温度阈值时，将第二电波转化为N个能量子集。
该步骤802及可能的实现方式，可由上述图3至图3c任一项中的能量子转化器32执行，详细过程可参见上述能量子转化器32的介绍，此处不再赘述。
步骤803，确定N个能量子集的第一分布结果。
在一种可能的实现方式中，可分别确定N个能量子集中的能量子数，根据确定出的N个能量子数，得到N个第二分布结果，统计N个第二分布结果，得到第一分布结果，一个能量子集对应一个第二分布结果。
步骤804，根据第一分布结果，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量。
其中，第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，i为整数。
在一种可能的实现方式中，可根据第一分布结果和预存的M个本征态qi，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量，其中，本征态qi为第一电波的第i个方向矢量上未承载符号时，得到的N个能量子集的分布结果，M个本征态qi与第一电波的M个方向矢量一一对应，M为正整数，i取遍1至M。
具体可根据
Figure BDA0001966645430000151
得到M个
Figure BDA0001966645430000152
确定M个
Figure BDA0001966645430000153
中的最大值对应的i值，为第一电波的方向矢量的序号i，其中，序号为i的第一电波的方向矢量为第一电波的第i个方向矢量，p(s)为第一分布结果。
步骤805，根据第一电波的第i个方向矢量和预设的映射关系，确定第一符号。
此处，第一电波的M个方向矢量与第一数据的符号之间有一定的映射关系，可结合上述表1的介绍，此处不再赘述。
上述步骤803至步骤804、以及各步骤中可能的实现方式均可由上述图3至图3c任一个中的能量子检测器33执行，详细过程可参见上述对能量子检测器33的介绍，此处不再赘述。
从上述步骤801至步骤805可以看出，在接收到的第二电波的强度比较弱(或者也可称为第二电波的功率较小)，甚至无法检测第二电波的模拟波形的情况下，可通过将第二电波转化为N个能量子集，统计N个能量子集的第一分布结果，确定出第二电波的对应的第一电波的第i个方向矢量，即可根据预设的映射关系确定出第i个方向矢量对应的第一符号，从而可确定出第一数据。如此，实现了将能量较弱的第二电波承载的第一符号确定出来，如此，可充分利用微弱电波的能量来提取电波中承载的数据，从而有助于提高接收信号的灵敏度。
在上述步骤802之前，一种可能的实现方式中，可对接收到的第二电波进行滤波和/或放大和/或解调。具体过程可参见上述电波能量子转化器32的介绍，此处不再赘述。
在一种可能的实现方式中，上述任一实施例中的能量子可以是量子(也可称为光量子)、或声子、或太赫兹。上述任一实施例中的电波也可称为电磁波。
基于上述内容和相同构思，本申请提供一种通信装置900，用于执行上述方法中的任一个方案。图9示例性示出了本申请提供的一种通信装置的结构示意图，如图9所示，通信装置900包括至少一个处理器901、至少一个收发器902、至少一个存储器903和通信接口904；其中，处理器901、收发器902、存储器903和通信接口904通过总线相互连接。
存储器903可以包括易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(random-access memory，RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，HDD)或固态硬盘(solid-state drive，SSD)；存储器903还可以包括上述种类的存储器的组合。
通信接口904可以为有线通信接入口，无线通信接口或其组合，其中，有线通信接口例如可以为以太网接口。以太网接口可以是光接口，电接口或其组合。无线通信接口可以为WLAN接口。
处理器901可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)或者CPU和NP的组合。处理器901还可以是硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic,GAL)或其任意组合。
可选地，存储器903还可以用于存储程序指令，处理器901调用该存储器903中存储的程序指令，可以执行上述方案中所示实施例中的一个或多个步骤，或其中可选的实施方式，使得通信装置900实现上述方法中通信装置的功能。
在一种可能的实现方式中，处理器901和存储器903可集成在一起，或者，处理器901和存储器903也可通过接口耦合；或者，处理器901为硬件芯片，存储器903在芯片之外，本申请对此不做限定。
在一种应用中，该通信装置900可以是上述图2至图2c任一个中的通信装置，可以执行上述图7中通信装置对应执行的方案。该通信装置900也可以上述图1中通信装置11和通信装置12中的任一个，或者也可以是上述图1a所示的终端设备11a和卫星12a中任一个，或者也可以是上述图1b所示的终端设备11b和基站12b中的任一个。
处理器901用于根据执行存储器存储的指令，并控制收发器902进行信号接收和信号发送，当处理器901执行存储器存储的指令时，通信装置900中的处理器901用于将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，第一符号为第一数据对应的一个符号，第一电波支持M个方向矢量，第一电波的第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，第一电波的第i个方向矢量与第i个分布结果对应，第i个分布结果是通过将第二电波转化为能量子得到的，M为正整数，i为整数；收发器902，用于发射第二电波。
在另一种应用中，通信装置900可以是上述图3至图3c任一个中的通信装置，可以执行上述图8中通信装置对应执行的方案。该通信装置900也可以上述图1中通信装置11和通信装置12中的任一个，或者也可以是上述图1a所示的终端设备11a和卫星12a中任一个，或者也可以是上述图1b所示的终端设备11b和基站12b中的任一个。
处理器901用于根据执行存储器存储的指令，并控制收发器902接收第二电波，第二电波是将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的M个方向矢量中的一个方向矢量上得到的，第一符号为第一数据对应的一个符号，M为正整数；当处理器901执行存储器存储的指令时，将第二电波转化为N个能量子集，确定N个能量子集的第一分布结果；根据第一分布结果，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量，第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，根据第一电波的第i个方向矢量和预设的映射关系，确定第一符号，i为整数，一个能量子集为空集或包括至少一个能量子，N为正整数。
需要说明的是，图9所示的通信装置，可用于执行的量子通信方法的具体有益效果，可参考前述方法实施例中的相关描述，这里不再赘述。可以理解的是，处理器901和存储器902可集成在一起，或者，处理器901和存储器903也可通过接口耦合；或者，处理器901为硬件芯片，存储器803在芯片之外，本申请对此不做限定。
基于上述内容和相同构思，本申请提供一种通信装置1000，用于执行上述方法中的通信装置的任一个方案。图10示例性示出了本申请提供的一种通信装置的结构示意图，如图10所示，通信装置1000包括处理单元1001和收发单元1002。
在一种应用中，该通信装置1000可以是上述图2至图2c任一个中的通信装置，可以执行上述图7中通信装置对应执行的方案。该通信装置1000也可以上述图1中通信装置11和通信装置12中的任一个，或者也可以是上述图1a所示的终端设备11a和卫星12a中任一个，或者也可以是上述图1b所示的终端设备11b和基站12b中的任一个。
处理单元1001，用于将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，第一符号为第一数据对应的一个符号，第一电波支持M个方向矢量，第一电波的第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，第一电波的第i个方向矢量与第i个分布结果对应，第i个分布结果是通过将第二电波转化为能量子得到的，M为正整数，i为整数；收发单元1002，用于发射第二电波。
在第二种应用中，通信装置1000可以是上述图3至图3c任一个中的通信装置，可以执行上述图8中通信装置对应执行的方案。该通信装置1000也可以上述图1中通信装置11和通信装置12中的任一个，或者也可以是上述图1a所示的终端设备11a和卫星12a中任一个，或者也可以是上述图1b所示的终端设备11b和基站12b中的任一个。
处理单元1001用于根据执行存储器存储的指令，并控制收发单元1002接收第二电波，第二电波是将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的M个方向矢量中的一个方向矢量上得到的，第一符号为第一数据对应的一个符号，M为正整数；当处理单元1001执行存储器存储的指令时，将第二电波转化为N个能量子集，确定N个能量子集的第一分布结果；根据第一分布结果，确定第二电波对应于第一电波的第i个方向矢量，第i个方向矢量为第一电波的M个方向矢量中的一个，根据第一电波的第i个方向矢量和预设的映射关系，确定第一符号，i为整数，一个能量子集为空集或包括至少一个能量子，N为正整数。
应理解，以上通信装置的各单元的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。本申请实施例中，图10涉及到的通信装置可以由上述图9的处理器901实现，收发单元1002可以由上述图9的收发器902实现。也就是说，本申请实施例中处理单元1001可以执行上述图9的处理器901所执行的方案，收发单元902可以执行上述图9的收发器902所执行的方案，其余内容可以参见上述内容，在此不再赘述。
需要说明的是，图10所示的通信装置，可用于执行的通信方法的具体有益效果，可参考前述方法实施例中的相关描述，这里不再赘述。可以理解的是，本申请实施例中的单元也可以称为模块。上述单元或者模块可以独立存在，也可以集成在一起。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现、当使用软件程序实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。计算机程序产品包括一个或多个指令。在计算机上加载和执行计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例的流程或功能。计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。指令可以存储在计算机存储介质中，或者从一个计算机存储介质向另一个计算机存储介质传输，例如，指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光介质(例如，CD、DVD、BD、HVD等)、或者半导体介质(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NAND FLASH)、固态硬盘(Solid State Disk，SSD))等。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (24)

1.一种量子通信方法，其特征在于，包括：
将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，所述第一符号为第一数据对应的一个符号，所述第一电波支持M个方向矢量，所述第一电波的第i个方向矢量为所述第一电波的M个方向矢量中的一个，所述第一电波的第i个方向矢量与第i个分布结果对应，所述第i个分布结果是根据电波与能量子之间的能量转化关系，将所述第二电波转化为N个能量子集，分别确定所述N个能量子集中的能量子数，得到N个第二分布结果，统计所述N个第二分布结果得到的，一个能量子集对应一个第二分布结果，所述M为正整数，所述i为整数；
发射所述第二电波。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，包括：
根据所述预设的映射关系，确定所述第一符号对应的所述第一电波的方向矢量的序号i，其中，所述序号为i的第一电波的方向矢量为所述第一电波的第i个方向矢量；
将所述第一符号调制于所述第一电波的第i个方向矢量上，得到所述第二电波。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述第一符号对应的用户标识，确定发射所述第二电波的频率和带宽；
根据所述发射所述第二电波的频率和带宽，发射所述第二电波。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述发射第二电波，包括：
根据所述第一电波的方向矢量的序号i，确定发射所述第二电波的极化发射天线；
通过所述极化发射天线发射所述第二电波。
5.一种量子通信方法，其特征在于，包括：
接收第二电波，所述第二电波是将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的M个方向矢量中的一个方向矢量上得到的，所述第一符号为第一数据对应的一个符号，所述M为正整数；
根据电波与能量子之间的能量转化关系，将所述第二电波转化为N个能量子集，一个能量子集为空集或包括至少一个能量子，所述N为正整数；
分别确定所述N个能量子集中的能量子数，得到N个第二分布结果，一个能量子集对应一个第二分布结果；统计所述N个第二分布结果，得到所述第一分布结果；根据所述第一分布结果，确定所述第二电波对应于所述第一电波的第i个方向矢量，所述第i个方向矢量为所述第一电波的M个方向矢量中的一个，所述i为整数；
根据所述第一电波的第i个方向矢量和所述预设的映射关系，确定所述第一符号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述第二电波转化为N个能量子集，包括：
针对N个时间窗中的第k个时间窗，将所述第二电波转化为一个所述能量子集，所述k取遍1至N，其中，所述N个时间窗的累加值为传输所述第一符号持续的时长。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一分布结果，确定所述第二电波对应于所述第一电波的第i个方向矢量，包括：
根据所述第一分布结果和预存的M个本征态qi，确定所述第二电波对应于所述第一电波的第i个方向矢量；
其中，所述本征态qi为所述第一电波的第i个方向矢量上未承载符号时，得到的N个能量子集的分布结果，所述M个本征态qi与所述第一电波的M个方向矢量一一对应，所述i取遍1至M。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一分布结果和预存的M个本征态qi，确定所述第二电波对应于所述第一电波的第i个方向矢量，包括：
根据
Figure FDA0003270439910000021
得到M个
Figure FDA0003270439910000022
所述p(s)为所述第一分布结果；
确定所述M个
Figure FDA0003270439910000023
中的最大值对应的i值，为所述第一电波的方向矢量的序号i，其中，所述序号为i的第一电波的方向矢量为所述第一电波的第i个方向矢量。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述接收第二电波，包括：
通过M个极化接收天线分别接收所述第二电波。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述第二电波转化为N个能量子集之前，还包括以下内容中的任一项或任多项：
对所述第二电波进行滤波；
对所述第二电波进行放大。
11.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述第二电波转化为N个能量子集，包括：
在所述第二电波所处环境的温度低于温度阈值时，将所述第二电波转化为所述N个能量子集。
12.一种通信装置，其特征在于，包括方向矢量调制器和发射天线；
所述方向矢量调制器，用于将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，所述第一符号为第一数据对应的一个符号，所述第一电波支持M个方向矢量，所述第一电波的第i个方向矢量为所述第一电波的M个方向矢量中的一个，所述第一电波的第i个方向矢量与第i个分布结果对应，所述第i个分布结果是根据电波与能量子之间的能量转化关系，将所述第二电波转化为N个能量子集，分别确定所述N个能量子集中的能量子数，得到N个第二分布结果，统计所述N个第二分布结果得到的，一个能量子集对应一个第二分布结果，所述M为正整数，所述i为整数；
所述发射天线，用于发射来自所述方向矢量调制器的所述第二电波。
13.如权利要求12所述的通信装置，其特征在于，所述方向矢量调制器，用于将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的第i个方向矢量上，得到第二电波，具体包括：
根据所述预设的映射关系，确定所述第一符号对应的所述第一电波的方向矢量的序号i，其中，所述序号为i的第一电波的方向矢量为所述第一电波的第i个方向矢量；
将所述第一符号调制于所述第一电波的第i个方向矢量上，得到所述第二电波。
14.如权利要求13所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置还包括频域资源选择器；
所述频域资源选择器，用于根据所述第一符号对应的用户标识，确定发射所述第二电波的频率和带宽；
所述发射天线，用于发射所述第二电波，具体包括：
根据所述发射所述第二电波的频率和带宽，发射所述第二电波。
15.如权利要求13或14所述的通信装置，其特征在于，所述发射天线包括M个极化发射天线和极化发射天线选择器；
所述发射天线，用于发射所述第二电波，具体包括：
所述极化发射天线选择器，用于根据来自所述方向矢量调制器的所述序号i，确定发射所述第二电波的极化发射天线；
通过确定出的所述极化发射天线，发射所述第二电波。
16.一种通信装置，其特征在于，包括接收天线、电波能量子转化器和能量子检测器；
所述接收天线，用于接收第二电波，所述第二电波是将第一符号根据预设的映射关系调制于第一电波的M个方向矢量中的一个方向矢量上得到的，所述第一符号为第一数据对应的一个符号，所述M为正整数；
所述电波能量子转化器，用于根据电波与能量子之间的能量转化关系，将来自所述接收天线的所述第二电波转化为N个能量子集，一个能量子集为空集或包括至少一个能量子，所述N为正整数；
所述能量子检测器，用于分别确定所述N个能量子集中的能量子数，得到N个第二分布结果，一个能量子集对应一个第二分布结果；统计所述N个第二分布结果，得到所述第一分布结果，根据所述第一分布结果，确定所述第二电波对应于所述第一电波的第i个方向矢量，根据所述第一电波的第i个方向矢量和所述预设的映射关系，确定所述第一符号，所述第i个方向矢量为所述第一电波的M个方向矢量中的一个，所述i为整数。
17.如权利要求16所述的通信装置，其特征在于，所述电波能量子转化器，用于将来自所述接收天线的所述第二电波转化为N个能量子集，具体包括：
针对N个时间窗中的第k个时间窗，将所述第二电波转化为一个所述能量子集，所述k取遍1至N，其中，所述N个时间窗的累加值为传输所述第一符号持续的时长。
18.如权利要求16所述的通信装置，其特征在于，所述能量子检测器还包括状态互相关操作模块；
所述能量子检测器，用于根据所述第一分布结果，确定所述第二电波对应于所述第一电波的第i个方向矢量，具体包括：
所述状态互相关操作模块，用于根据来自所述能量子统计模块的所述第一分布结果和预存的M个本征态qi，确定所述第二电波对应于所述第一电波的第i个方向矢量；
其中，所述本征态qi为所述第一电波的第i个方向矢量上未承载符号时，得到的N个能量子集的分布结果，所述M个本征态qi与所述第一电波的M个方向矢量一一对应，所述i取遍1至M。
19.如权利要求18所述的通信装置，其特征在于，所述状态互相关操作模块，用于根据来自所述能量子统计模块的所述第一分布结果和预存的M个本征态qi，确定所述第二电波对应于所述第一电波的第i个方向矢量，具体包括：
根据
Figure FDA0003270439910000031
得到M个
Figure FDA0003270439910000032
所述p(s)为所述第一分布结果；
确定所述M个
Figure FDA0003270439910000033
中的最大值对应的i值，为所述第一电波的方向矢量的序号i，其中，所述序号为i的第一电波的方向矢量为所述第一电波的第i个方向矢量。
20.如权利要求16所述的通信装置，其特征在于，所述接收天线包括M个极化接收天线；
所述接收天线，用于接收第二电波，具体包括：
所述M个极化接收天线，用于分别接收所述第二电波。
21.如权利要求16所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置还包括以下内容中的任一项或任多项：
滤波器，用于对来自所述接收天线的所述第二电波进行滤波；
放大器，用于对来自所述滤波器的所述第二电波进行放大。
22.如权利要求16所述的通信装置，其特征在于，所述通信装置还包括制冷器；
所述制冷器，用于对所述电波能量子转化器进行制冷。
23.一种通信系统，其特征在于，包括上述权利要求12至15任一项所述的通信装置、以及上述权利要求16至22任一项所述的通信装置。
24.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被计算机调用时，使所述计算机执行如权利要求1至11任一权利要求所述的方法。
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