CN111740829B - 一种量子密钥分发系统的同步方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种量子密钥分发系统的同步方法及装置，涉及量子保密通信技术领域，Alice端通过脉冲宽度调制的方式使得发射的同步信号脉冲中包含一个脉冲宽度大于正常值两倍的同步信号脉冲，Bob端通过探测得到的同步信号中出现一个同步信号脉冲其宽度大于正常宽度的两倍，通过探测与处理Bob端得到仅包含一个信号脉冲的帧同步起始信号，再根据恢复后的参考时钟信号和得到的帧同步起始信号Bob端生成帧同步信号，最后通过Bob端的后处理过程得到时间补偿后的最终帧同步信号，根据最终得到的帧同步信号完成Alice端与Bob端之间的同步。本申请提供的技术方案极大的降低了Alice与Bob之间同步失败的风险，可靠性较高。

Description

一种量子密钥分发系统的同步方法及装置

技术领域

本申请涉及量子保密通信技术领域，具体涉及一种量子密钥分发系统的同步方法及装置。

背景技术

量子保密通信技术主要是基于量子密钥分发技术 (Quantum Key Distribution，QKD) ，QKD是利用量子力学特性来保证通信安全性，使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，来加密和解密消息。量子密钥分发通常有两种方式：一种是基于单光子方案实现，另一种基于纠缠态方案实现，然而基于纠缠态的量子密钥分发技术还未能实现商业化，所以现有商用量子密钥分发技术基本上是基于单光子实现的。

现有的基于单光子实现的量子密钥分发过程中，发射端（Alice）和接收端（Bob）需要进行基矢比对，即比对Alice在某一个位置上发送光子所使用的基矢和Bob在探测这一位置的光子时所使用的测量基矢是否是一致的。为了保证Alice和Bob在同一个位置上进行基矢比对，发送方和接收方之间需要精确的“位置”同步，否则，最终Alice和Bob两端的密钥会出现不一致的现象，所以，系统的同步方法就显得尤其重要。此外，只有完成同步过程后，量子密钥分发系统才可以进行后续的协商处理过程产生安全密钥，因此，同步技术对于量子密钥分发系统来说具有极其重要的作用。

现有的同步方案如图1所示，Alice将量子信号的第一个信号脉冲与帧同步信号的第一个信号脉冲对齐，且帧同步信号的频率比量子信号的频率低的多，一般帧同步信号的频率比量子信号的频率低数百倍至上千倍，例如量子信号的发射频率为100MHz，帧同步信号的发射频率为100KHz。由于探测器的效率和光纤路径衰减的原因，Bob在每个帧同步信号的周期内只能接收到一两个量子信号的信号脉冲，Bob以每次接收到的帧同步信号的信号脉冲作为参考，测量某一探测到的量子信号的信号脉冲与该帧同步信号的信号脉冲之间的距离，即可确定出该量子信号的信号脉冲的位置，从而完成Alice与Bob之间的同步。

上述现有技术是在理想情况下完成的Alice与Bob之间的同步，然而，由于探测器的效率和光纤路径衰减的原因，或者，自由空间的湍流导致衰减变化的原因，在实际操作中，帧同步光信号在探测或者传输的过程中存在信号丢失的问题，倘若丢失一个帧同步光信号，则在Bob端所丢失帧同步信号后续的所有帧同步信号序列皆产生错误，例如帧同步信号中的第五个信号脉冲丢失，则Bob会把探测到的原帧同步信号中的第六个信号脉冲误当作第五个信号脉冲，导致后续的所有信号脉冲序号错误，进而导致Alice与Bob之间的同步失败。因此，若能解决如何避免帧同步信号丢失的问题，则能极大的降低Alice与Bob之间同步失败的风险。

发明内容

本申请提供一种量子密钥分发系统的同步方法及装置，以解决帧同步信号脉冲丢失导致同步失败的问题。

一种量子密钥分发系统的同步方法，包括：

Alice端：

根据时钟信号生成同步信号，同步信号的脉冲宽度为W，同步信号的同步周期为Δt；

在第n个同步周期Δt内，生成启动命令，根据所述启动命令得到第一同步信号，所述第一同步信号在第n+1个同步周期的脉冲宽度大于2W，所述第一同步信号的所有信号脉冲中仅有一个信号脉冲的脉冲宽度大于2W，所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用时长小于同步周期Δt；

根据所述启动命令得到启动编码信号，所述启动编码信号仅包含一个信号脉冲，所述启动编码信号的信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐，根据所述启动编码信号和所述时钟信号调控发射量子信号；

Bob端：

接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；

根据所述第一同步信号生成帧同步起始信号；

根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；

时间上补偿所述帧同步信号。

优选地，所述方法包括：Bob端：接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；延迟所述第一同步信号得到第二同步信号，延迟所述第一同步信号得到第二同步信号的延迟时长大于脉冲宽度为W的同步信号脉冲所占用的时长，所述延迟时长小于所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用的时长；将所述第一同步信号与所述第二同步信号做与运算得到帧同步起始信号；根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；根据所述延迟时长补偿所述帧同步信号。

优选地，所述方法包括：Bob端：接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；将所述第一同步信号进行积分得到第三同步信号；比较所述第三同步信号中各信号脉冲积分的大小，根据最大的积分信号得到帧同步起始信号；根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；时间上补偿所述帧同步信号。

优选地，所述方法包括：Bob端：接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；根据所述第一同步信号通过时钟采样的方式识别出所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲；根据所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲生成所述帧同步起始信号；根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；时间上补偿所述帧同步信号。

优选地，通过脉冲宽度调制的方式调制同步信号中第n+1个同步周期的脉冲宽度，使所述第一同步信号在第n+1个同步周期的脉冲宽度大于2W。

优选地，所述启动命令为仅包含一个信号脉冲的脉冲信号，根据所述启动命令在产生所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的同时产生所述启动编码信号的信号脉冲。

优选地，所述第一同步信号中相邻信号脉冲上升沿之间的时间差相等，所述相邻信号脉冲上升沿之间的时间差为同步周期Δt。

优选地，所述帧同步起始信号仅包含一个信号脉冲。

优选地，根据所述时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号，以所述帧同步起始信号脉冲的上升沿为起点，依据时钟信号进行周期计数，每隔同步周期Δt生成一个帧同步信号脉冲，得到帧同步信号。

一种量子密钥分发系统的同步装置，包括：

Alice端：

同步单元，用于根据时钟信号生成同步信号，同步信号的脉冲宽度为W，同步信号的同步周期为Δt，用于根据启动命令得到第一同步信号，所述第一同步信号在第n+1个同步周期的脉冲宽度大于2W，所述第一同步信号的所有信号脉冲中仅有一个信号脉冲的脉冲宽度大于2W，所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用时长小于同步周期Δt，并用于根据启动命令得到启动编码信号，所述启动编码信号仅包含一个信号脉冲，所述启动编码信号的信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐；

控制单元，用于在第n个同步周期Δt内，生成启动命令；

编码单元，用于根据启动编码信号和时钟信号调控发射量子信号；

Bob端：

同步信号探测单元，用于接收第一同步信号；

时钟恢复单元，用于根据第一同步信号恢复出参考时钟信号；

帧同步起始信号提取单元，用于根据第一同步信号生成帧同步起始信号；

帧同步信号生成单元，用于根据恢复的参考时钟信号与帧同步起始信号生成帧同步信号。

优选地，所述帧同步起始信号提取单元被配置为：接收第一同步信号、延迟所述第一同步信号、将接收到的所述第一同步信号与延迟后的第一同步信号做与运算生成帧同步起始信号，输出所述帧同步起始信号。

本申请提供一种量子密钥分发系统的同步方法及装置，与现有技术相比有以下优点：

1.本申请Alice端通过脉冲宽度调制的方式使得发射的同步信号脉冲中包含一个脉冲宽度大于正常值两倍的同步信号脉冲，Bob端通过探测得到的同步信号中出现一个同步信号脉冲其宽度大于正常宽度的两倍，Bob端通过探测与处理得到仅包含一个信号脉冲的帧同步起始信号，Bob端再根据恢复后的参考时钟信号和得到的帧同步起始信号生成帧同步信号，再通过Bob端的后处理过程得到时间补偿后的最终帧同步信号，根据最终得到的帧同步信号完成Alice端与Bob端之间的同步。因此，Alice端输出给Bob端的同步信号中包含一个脉冲宽度大于正常值两倍的同步信号脉冲，由于该脉冲宽度较宽其丢失的概率远小于其他正常宽度的同步信号脉冲，所以在某些正常宽度的同步信号脉冲丢失的情况下，Bob端基本仍能探测到脉冲宽度大于正常值两倍的同步信号脉冲，Bob端跟据上述脉冲宽度较宽的信号脉冲生成帧同步起始信号，然后，根据帧同步起始信号与恢复的时钟信号得到最终的帧同步信号，进而完成Alice与Bob之间的同步，此时，最终的帧同步信号主要依靠参考时钟信号和帧同步起始信号，不再直接依赖Alice端发射的原始同步信号，即使原始同步信号中任何正常宽度的同步信号脉冲丢失，只要脉冲宽度大于正常值两倍的同步信号脉冲可以被Bob端探测到，就能完成Alice与Bob之间的同步，极大的降低了Alice与Bob之间同步失败的风险，可靠性较高。

2.本申请Bob端采用模拟锁相环方式的时钟恢复单元在同步信号偶发性的丢失或误甄别下仍可以正常恢复出时钟信号，进一步提高了同步工作的稳定性与可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为现有技术中量子密钥分发系统同步方案的时序示意图；

图2为本申请的量子密钥分发系统同步方法的时序示意图；

图3为本申请的量子密钥分发系统的同步装置结构示意图；

图4为本申请基于延时相与的量子密钥分发系统同步方法时序示意图；

图5为本申请基于积分比较的量子密钥分发系统同步方法时序示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本申请的第一方面提供一种量子密钥分发系统的同步方法，如图2所示的本申请的量子密钥分发系统同步方法的时序示意图，该方法包括：Alice端：根据时钟信号调控同步单元，使所述同步单元发射同步信号，同步信号的脉冲宽度为W，同步信号的同步周期为Δt，例如Δt为10us，同步信号的一个信号脉冲上升沿到下一个信号脉冲的上升沿之间是一个同步周期Δt，脉冲宽度为W的信号脉冲所占用时长（例如为2us）小于同步周期Δt；在第n（n为大于等于1的正整数）个同步周期Δt内，通过控制单元向所述同步单元输出启动命令，根据所述启动命令所述同步单元在第n+1个同步周期发射一个脉冲宽度大于2W的信号脉冲得到第一同步信号，即第一同步信号在第n+1个同步周期的脉冲宽度大于2W，所述第一同步信号的所有信号脉冲中仅有一个信号脉冲的脉冲宽度大于2W，通过所述同步单元发射所述第一同步信号，所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用时长（例如为5us）小于同步周期Δt；根据所述启动命令得到启动编码信号，通过所述同步单元向编码单元输出启动编码信号，所述启动编码信号仅包含一个信号脉冲，所述启动编码信号的信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐，根据所述启动编码信号和所述时钟信号调控所述编码单元发射量子信号。具体地，根据Alice端的本地时钟信号CLK调控同步单元发射同步信号，同步信号的正常脉冲宽度为W，同步信号的同步周期即相邻信号脉冲上升沿之间的时间差为Δt，例如Δt为10us，脉冲宽度为W的信号脉冲所占用时长小于Δt；在第n个同步周期Δt内，即在第n个同步周期相邻两个信号脉冲的上升沿之间（也可以包括两个信号脉冲的上升沿），通过控制单元向所述同步单元输出启动命令，所述启动命令为仅包含一个信号脉冲的脉冲信号，启动命令的脉冲上升沿介于第n个同步周期相邻两个信号脉冲的上升沿之间（也可以包括两个信号脉冲的上升沿），启动命令的脉冲宽度本申请不作具体的限制；根据所述启动命令使得同步单元在第n+1个同步周期发射一个脉冲宽度大于2W的信号脉冲得到第一同步信号，即第一同步信号中的第n+1个同步周期内的信号脉冲宽度大于2W，其余第一同步信号中的信号脉冲宽度为正常脉冲宽度W，所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用时长小于同步周期Δt，此外，第一同步信号中相邻信号脉冲上升沿之间的时间差相等，即相邻信号脉冲上升沿之间的时间差为同步周期Δt；根据所述启动命令得到启动编码信号，通过所述同步单元向编码单元输出所述启动编码信号，根据所述启动命令所述同步单元在产生所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的同时产生所述启动编码信号的信号脉冲，即所述启动编码信号的信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的第一同步信号脉冲的上升沿对齐，以便调控量子信号的发射，所述启动编码信号仅包含一个信号脉冲，启动编码信号的脉冲宽度本申请不作具体的限制；根据启动编码信号和本地时钟信号调控所述编码单元发射量子信号，根据启动编码信号脉冲的上升沿调控编码单元开始发射量子信号，即量子信号的第一个信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿以及所述启动编码信号脉冲的上升沿对齐。Alice端将产生的第一同步信号以及量子信号发送给Bob端。

此外，Alice端通过脉冲宽度调制的方式调制同步信号中第n+1个同步周期的脉冲宽度，使所述同步单元在第n+1个同步周期发射一个脉冲宽度大于2W的信号脉冲得到第一同步信号。

Bob端：参照图2所示，接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；根据所述第一同步信号生成帧同步起始信号；根据所述恢复的参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；时间上补偿所述帧同步信号。具体地，Bob端通过同步信号探测单元接收Alice端发射的第一同步信号，根据接收到的第一同步信号，通过时钟恢复单元恢复出与Alice端同步的参考时钟信号CLK，Bob端恢复出的参考时钟信号与Alice端的时钟信号为同源时钟，两者同步，根据第一同步信号恢复出参考时钟信号被配置为在第一同步信号的部分信号脉冲偶发性的丢失或者误甄别情况下仍能正常恢复出与Alice端同步的参考时钟信号；通过帧同步起始信号提取单元根据第一同步信号提取出帧同步起始信号，所述帧同步起始信号主要是根据第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲得到的，帧同步起始信号仅包含一个信号脉冲；根据恢复的参考时钟信号与得到的帧同步起始信号通过帧同步信号生成单元生成帧同步信号，具体地，以帧同步起始信号脉冲的上升沿为起点，依据恢复的参考时钟信号进行周期计数以保持输出的帧同步周期和Alice端同步信号一致，每隔同步周期Δt生成一个帧同步信号脉冲，得到帧同步信号，即帧同步信号的同步周期也为Δt；时间上补偿所述帧同步信号使得时间补偿后的帧同步信号中的第一个信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐，时间补偿后的帧同步信号即为最终的用于Alice端与Bob端同步的帧同步信号。

通过上述同步方法，帧同步信号在探测或者传输的过程中部分正常宽度的信号脉冲丢失时，只要第一同步信号中脉冲宽度大于正常值两倍的信号脉冲可以被Bob端探测到，在Bob端就能实现并得到完整的帧同步信号，然后，根据如图1所示的现有的同步方案即可完成Alice端与Bob端之间的同步，该方法中最终的帧同步信号主要依靠参考时钟信号和帧同步起始信号，不再直接依赖Alice端发射的原始同步信号，极大的降低了Alice与Bob之间同步失败的风险，可靠性较高。假如第一同步信号中脉冲宽度大于正常值两倍的信号脉冲也丢失了，Alice端可通过经典通信交互获取Bob端的帧同步状态，如果Bob端无法生成帧同步起始信号，Alice与Bob则会判定此次同步无效，发射和接收的量子信号也无效，Alice端会重新发送第一同步信号直到帧同步正常。此外，由于第一同步信号中有且仅有一个信号脉冲的脉冲宽度大于正常值的两倍，使得在信号传输的过程中第一同步信号的光强强度不至于影响量子信号，倘若第一同步信号中有多个信号脉冲的宽度较宽，则第一同步信号的光强很强，会极大地干扰量子信号。

对应于上述同步方法，本申请的第二方面提供一种量子密钥分发系统的同步装置，用于实现本申请提供的上述同步方法，参照图3所示的示意图，该装置包括：Alice端：同步单元，用于根据时钟信号和启动命令输出含有一个脉冲宽度大于正常脉冲宽度两倍的信号脉冲的第一同步信号，并用于向编码单元输出启动编码信号；控制单元，用于向所述同步单元输出启动命令；编码单元，用于根据启动编码信号和时钟信号CLK发射量子信号；Bob端：同步信号探测单元，用于接收含有一个脉冲宽度大于正常脉冲宽度两倍的信号脉冲的第一同步信号；时钟恢复单元，被配置为基于模拟锁相环方式的时钟恢复单元，用于根据第一同步信号恢复出参考时钟信号CLK；帧同步起始信号提取单元，用于根据第一同步信号生成帧同步起始信号；帧同步信号生成单元，用于根据帧同步起始信号和恢复的参考时钟信号CLK输出帧同步信号。具体地，同步单元被配置为：接收时钟信号、接收控制单元发出的启动命令、根据时钟信号和启动命令同时生成并输出第一同步信号以及启动编码信号，第一同步信号中含有一个脉冲宽度大于正常脉冲宽度两倍的信号脉冲；控制单元被配置为：在某个例如第n（n为大于等于1的正整数）个同步周期Δt内，通过控制单元向所述同步单元输出启动命令；编码单元被配置为：根据接收到的启动编码信号脉冲的上升沿和时钟信号调控输出量子信号；同步信号探测单元被配置为：接收Alice端发出的第一同步信号、并输出第一同步信号；时钟恢复单元被配置为：基于模拟锁相环方式的时钟恢复单元，根据接收到的第一同步信号恢复出参考时钟信号CLK，在第一同步信号的信号脉冲偶发性的丢失或误甄别下仍可以正常恢复出时钟信号；帧同步起始信号提取单元被配置为：接收第一同步信号、根据第一同步信号提取出帧同步起始信号，输出帧同步起始信号；帧同步信号生成单元被配置为：接收恢复的参考时钟信号以及帧同步起始信号、根据帧同步起始信号和参考时钟信号生成帧同步信号、时间上补偿所述帧同步信号、输出补偿后的帧同步信号。

Alice端与Bob端之间可以通过光纤量子通信或者自由空间量子通信传输同步信号与量子信号，其中，同步信号通过同步信道或经典信道传输，量子信号通过量子信道传输。

通过上述同步装置，Alice端将含有一个脉冲宽度相对较宽的信号脉冲的第一同步信号以及适时调控生成的量子信号发送给Bob端，Bob端根据探测到的第一同步信号经过处理得到最终的帧同步信号，最后Bob端根据得到的帧同步信号以及接收到的量子信号按照如图1所示的现有的同步方案即可完成Alice端与Bob端之间的同步。此外，Bob端采用模拟锁相环方式的时钟恢复单元在第一同步信号的信号脉冲偶发性的丢失或误甄别下仍能正常恢复出参考时钟信号，提高了同步工作的稳定性与可靠性。

上述同步方法中，Bob端：根据所述第一同步信号生成帧同步起始信号；生成帧同步起始信号的具体实施例如下。

实施例1，参照图4所示，参照上述同步方法，Alice端的同步方法保持不变，Bob端：接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；延迟所述第一同步信号得到第二同步信号，所述延迟时长大于所述脉冲宽度为W的同步信号脉冲所占用的时长，所述延迟时长小于所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用的时长；将所述第一同步信号与所述第二同步信号做与运算得到帧同步起始信号；根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；根据所述延迟时长补偿所述帧同步信号。具体地，Bob端通过同步信号探测单元接收Alice端发射的第一同步信号，根据接收到的第一同步信号，通过时钟恢复单元恢复出与Alice端同步的参考时钟信号CLK，根据第一同步信号恢复出参考时钟信号被配置为在第一同步信号的部分信号脉冲偶发性的丢失或者误甄别情况下仍能正常恢复出与Alice端同步的参考时钟信号；通过帧同步起始信号提取单元延迟所述第一同步信号得到第二同步信号，上述延迟仅为时间上的延迟，脉冲宽度与同步周期等均保持不变，为了得到仅包含一个信号脉冲的帧同步起始信号，要求延迟时长大于脉冲宽度为W的同步信号脉冲所占用的时长，并且要求延迟时长小于脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用的时长，以便后续将第一同步信号与第二同步信号做与运算时将脉冲宽度为W的信号脉冲消掉；通过帧同步起始信号提取单元将第一同步信号与第二同步信号做与运算得到帧同步起始信号，通过相与运算消掉大部分的脉冲信号，使得帧同步起始信号仅包含一个信号脉冲，由于第二同步信号是由第一同步信号时间延迟得到的，并且延迟时长满足两种信号相与时部分脉冲消除的要求，则能使得帧同步起始信号仅仅包含一个信号脉冲，并且帧同步起始信号的上升沿与第二同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐。得到帧同步起始信号之后，可以通过两种实施方式得到最终的帧同步信号，实施方式一：参照图2所示，首先，根据恢复的参考时钟信号与得到的帧同步起始信号通过帧同步信号生成单元生成帧同步信号，具体地，以帧同步起始信号脉冲的上升沿为起点，依据时钟信号进行周期计数，每隔同步周期Δt生成一个帧同步信号脉冲，得到帧同步信号，即帧同步信号的同步周期也为Δt，然后，针对得到的所述帧同步信号进行时间上的补偿，即向所述帧同步信号补偿所述第二同步信号的延迟时长，使得经延迟补偿后的帧同步信号中第一个信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐，得到的经延迟补偿后的帧同步信号即为最终要使用的帧同步信号；实施方式二：首先，将得到的帧同步起始信号进行所述延迟时长的补偿，即先时间上补偿上述过程中得到的帧同步起始信号，即经补偿后帧同步起始信号中信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐，然后再根据恢复的参考时钟信号与时间上补偿后得到的帧同步起始信号通过帧同步信号生成单元生成最终的帧同步信号，具体生成帧同步信号的方式与实施方式一中由恢复的参考时钟信号与得到的帧同步起始信号生成帧同步信号的生成方式相同。通过上述两种方式的延时补偿均可以精准的得到最终的帧同步信号。

参照上述同步装置，在该实施例中，帧同步起始信号提取单元被配置为：接收第一同步信号、时间上延迟所述第一同步信号得到第二同步信号、将接收到的第一同步信号与得到的第二同步信号做与运算生成帧同步起始信号，输出帧同步起始信号；帧同步信号生成单元被配置为：接收恢复的参考时钟信号以及帧同步起始信号、根据帧同步起始信号和参考时钟信号生成帧同步信号、时间上补偿所述帧同步信号、输出补偿后的帧同步信号，或者，帧同步信号生成单元被配置为：接收恢复的参考时钟信号以及帧同步起始信号、时间上补偿所述帧同步起始信号、根据补偿后的帧同步起始信号和参考时钟信号生成帧同步信号。

实施例2，参照图5所示，参照上述同步方法，Alice端的同步方法保持不变，Bob端：接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；将所述第一同步信号进行积分得到第三同步信号；比较所述第三同步信号的积分大小，根据最大的积分信号得到帧同步起始信号；根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；时间上补偿所述帧同步信号。具体地，通过帧同步起始信号提取单元将第一同步信号进行积分得到第三同步信号，宽度较窄的信号脉冲积分小于宽度较宽的信号脉冲积分，设置一个比较电平，比较电平的大小介于宽度较窄的信号脉冲积分与宽度较宽的信号脉冲积分大小之间，比较第三同步信号中各信号脉冲积分与比较电平的大小，可以判断出第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的位置进而可以在此位置生成帧同步起始信号，即根据最大的积分信号得到帧同步起始信号，然后，根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号，最后，通过Bob端的后处理单元时间上补偿所述帧同步信号。

参照上述同步装置，在该实施例中，帧同步起始信号提取单元被配置为：将第一同步信号进行积分得到第三同步信号、比较所述第三同步信号的积分大小、根据最大的积分信号得到帧同步起始信号。

实施例3，参照上述同步方法，Alice端的同步方法保持不变，Bob端：接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；根据所述第一同步信号通过时钟直接采样的方式识别出所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲；根据所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲生成所述帧同步起始信号；根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；时间上补偿所述帧同步信号。具体地，通过帧同步起始信号提取单元中的时钟模块采用时钟数字采样的方式识别出第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲，即第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用时长大于其他正常宽度的信号脉冲所占用时长，据此识别出第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲，根据所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲生成帧同步起始信号，然后，根据恢复的参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号，最后，通过Bob端的后处理单元时间上补偿所述帧同步信号。

参照上述同步装置，在该实施例中，帧同步起始信号提取单元被配置为：根据第一同步信号通过时钟采样的方式识别出脉冲宽度大于2W的信号脉冲、根据所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲生成帧同步起始信号。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，所述方法包括：

Alice端：

根据时钟信号生成同步信号，同步信号的脉冲宽度为W，同步信号的同步周期为Δt；

在第n个同步周期Δt内，生成启动命令，根据所述启动命令得到第一同步信号，所述第一同步信号在第n+1个同步周期的脉冲宽度大于2W，所述第一同步信号的所有信号脉冲中仅有一个信号脉冲的脉冲宽度大于2W，所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用时长小于同步周期Δt；

根据所述启动命令得到启动编码信号，所述启动编码信号仅包含一个信号脉冲，所述启动编码信号的信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐，根据所述启动编码信号和所述时钟信号调控发射量子信号；

Bob端：

接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；

根据所述第一同步信号生成帧同步起始信号；

根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；

时间上补偿所述帧同步信号。

2.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，所述方法包括：

Bob端：

接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；

延迟所述第一同步信号得到第二同步信号，延迟所述第一同步信号得到第二同步信号的延迟时长大于脉冲宽度为W的同步信号脉冲所占用的时长，所述延迟时长小于所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用的时长；

将所述第一同步信号与所述第二同步信号做与运算得到帧同步起始信号；

根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；

根据所述延迟时长补偿所述帧同步信号。

3.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，所述方法包括：

Bob端：

接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；

将所述第一同步信号进行积分得到第三同步信号；

比较所述第三同步信号中各信号脉冲积分的大小，根据最大的积分信号得到帧同步起始信号；

根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；

时间上补偿所述帧同步信号。

4.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，所述方法包括：

Bob端：

接收所述第一同步信号，根据所述第一同步信号恢复出参考时钟信号；

根据所述第一同步信号通过时钟采样的方式识别出所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲；

根据所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲生成所述帧同步起始信号；

根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号；

时间上补偿所述帧同步信号。

5.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，通过脉冲宽度调制的方式调制同步信号中第n+1个同步周期的脉冲宽度，使所述第一同步信号在第n+1个同步周期的脉冲宽度大于2W。

6.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，所述启动命令为仅包含一个信号脉冲的脉冲信号，根据所述启动命令在产生所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的同时产生所述启动编码信号的信号脉冲。

7.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，所述第一同步信号中相邻信号脉冲上升沿之间的时间差相等，所述相邻信号脉冲上升沿之间的时间差为同步周期Δt。

8.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，所述帧同步起始信号仅包含一个信号脉冲。

9.根据权利要求1所述的量子密钥分发系统的同步方法，其特征在于，根据恢复的所述参考时钟信号与所述帧同步起始信号生成帧同步信号，以所述帧同步起始信号脉冲的上升沿为起点，依据时钟信号进行周期计数，每隔同步周期Δt生成一个帧同步信号脉冲，得到帧同步信号。

10.一种量子密钥分发系统的同步装置，其特征在于，所述装置包括：

Alice端：

同步单元，用于根据时钟信号生成同步信号，同步信号的脉冲宽度为W，同步信号的同步周期为Δt，用于根据启动命令得到第一同步信号，所述第一同步信号在第n+1个同步周期的脉冲宽度大于2W，所述第一同步信号的所有信号脉冲中仅有一个信号脉冲的脉冲宽度大于2W，所述脉冲宽度大于2W的信号脉冲所占用时长小于同步周期Δt，并用于根据启动命令得到启动编码信号，所述启动编码信号仅包含一个信号脉冲，所述启动编码信号的信号脉冲的上升沿与所述第一同步信号中脉冲宽度大于2W的信号脉冲的上升沿对齐；

控制单元，用于在第n个同步周期Δt内，生成启动命令；

编码单元，用于根据启动编码信号和时钟信号调控发射量子信号；

Bob端：

同步信号探测单元，用于接收第一同步信号；

时钟恢复单元，用于根据第一同步信号恢复出参考时钟信号；

帧同步起始信号提取单元，用于根据第一同步信号生成帧同步起始信号；

帧同步信号生成单元，用于根据恢复的参考时钟信号与帧同步起始信号生成帧同步信号。

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