CN112332928A - 一种用于相干检测的光纤信息泄密装置及方法 - Google Patents

一种用于相干检测的光纤信息泄密装置及方法 Download PDF

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CN112332928A CN202010997920.0A CN202010997920A CN112332928A CN 112332928 A CN112332928 A CN 112332928A CN 202010997920 A CN202010997920 A CN 202010997920A CN 112332928 A CN112332928 A CN 112332928A
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Abstract

本发明实施例提供一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置及方法，该装置包括光通信发射机装置、相位补偿及控制装置和光通信接收机装置；光通信发射机装置用于产生具有预设码率的BPSK光学信号；相位补偿及控制装置用于依据眼图张开程度比例设置控制回路参数，使BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持预设光学相移；光通信接收机装置用于将BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整至与光混合器的轴对齐，以实现所述光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频。本发明实施例通过光外差技术提高了信号灵敏度，并通过自动程控的相位补偿及控制实现稳定的拍频信号，便于接收检测，同时整套装置采用全光纤结构，内部光路灵活，结构可靠。

Description

一种用于相干检测的光纤信息泄密装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置及方法。
背景技术
常见的光纤窃听，是通过改变光纤的某些物理特性可以获得在光纤中传输的信号；目前较实用的非侵入式窃听主要包括光纤弯曲耦合法、倏逝波耦合法、V型槽法和光栅法。
针对点对点光纤通信的窃密系统，美国NSA机构在相关报道中提到一种点对点光纤通信的弯曲检测系统，包括光纤弯曲耦合器和光滤波器及直接光电探测系统，其中，光纤弯曲耦合器是将光纤实现微弯，使少部分光信号泄漏，实现光纤信号窃密；直接光电检测系统是采用探测器实现光电转换，经过增益放大、模数转换，协议解析，获得光纤通信的信息。
目前市场上光纤通信大部分为高速DWDM光纤通信系统，由于光纤信道中噪声、色散、非线性影响，采用不同的编码调制类型，实现相应的损耗补偿。由于高速DWDM光纤通信系统，兼容多种不同的编码调制类型，如NRZ、DPSK。但是上述描述的直接探测系统，无法对以上编码类型实现解调。
发明内容
本发明实施例提供一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置及方法，用以解决现有技术中的缺陷。
第一方面，本发明实施例提供一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置，包括：光通信发射机装置、相位补偿及控制装置和光通信接收机装置；
所述光通信发射机装置用于产生具有预设码率的BPSK光学信号；
所述相位补偿及控制装置用于依据眼图张开程度比例设置控制回路参数，使所述BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持预设光学相移；
所述光通信接收机装置用于将所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整至与光混合器的轴对齐，以实现所述光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频。
进一步地，所述光通信发射机装置包括所述可调谐激光器、第一连续激光器、第二连续激光器、可编程波长控制器和码型发生器；
所述可调谐激光器通过归零脉冲调制器和BPSK调制器长生所述具有预设码率的BPSK光学信号；
所述可编程波长控制器控制所述可调谐激光器，实现波长周期性地跳跃至指定波长；
所述码型发生器用于产生帧伪随机比特序列PRBS数据；
所述第一连续激光器、所述第二连续激光器和所述可调谐激光器用于模拟光网络DWDM通道。
进一步地，所述第一连续激光器、所述第二连续激光器和所述可调谐激光器采用相同的PRBS数据进行调制；
对应地，将所述可调谐激光器的波长调谐至预设波长，所述第一连续激光器的波长调谐至与所述预设波长具有正向预设波长间隔，所述第二连续激光器的波长调谐至与所述预设波长具有负向预设波长间隔。
进一步地，所述相位补偿及控制装置包括归零脉冲调制器、所述BPSK调制器和光纤移相器；
所述归零脉冲调制器和所述BPSK调制器用于产生所述具有预设码率的BPSK光学信号；
所述光纤移相器用于实现信号拍频，使所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器之间保持所述预设光学相移。
进一步地，所述光通信接收机装置包括铌酸锂90度光混合器、平衡探测器和偏振控制器；
所述铌酸锂90度光混合器用于实现所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频；
所述平衡探测器用于接收拍频信号并测量眼图模式或测量误码率BER；
所述偏振控制器用于使所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整到与所述光混合器的轴对齐。
进一步地，所述BPSK光学信号由本地激光振荡器拍频获得信号，并由所述平衡探测器接收。
进一步地，所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器，经过预设长度光纤进行反向平衡传输，再经过光环行器，以实现相位相干性。
进一步地，所述眼图张开程度比例是由光采样示波器所测得。
进一步地，所述BPSK光学信号的波长调频由波长计及光谱仪进行监控。
第二方面，本发明实施例还提供一种用于相干检测的光纤信息泄密的方法，包括：
产生具有预设码率的BPSK光学信号；
依据眼图张开程度比例设置控制回路参数，使所述BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持预设光学相移；
将所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整至与光混合器的轴对齐，以实现所述光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频。
本发明实施例提供的用于相干检测的光纤信息泄密的装置及方法，通过光外差技术提高了信号灵敏度，并通过自动程控的相位补偿及控制实现稳定的拍频信号，便于接收检测，同时整套装置采用全光纤结构，内部光路灵活，结构可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例提供的一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置的整体结构图；
图2是本发明实施例提供的一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置的内部结构图；
图3是本发明实施例提供的一种用于相干检测的光纤信息泄密的方法的流程示意图。
附图标记：
101：连续激光器 102：可编程波长控制器
103：可调谐激光器 201：归零脉冲调制器
202：BPSK调制器 203：光纤移相器
301：铌酸锂90度光混合器 302：平衡探测器
303：光采样示波器或误码分析仪 304：波长计及光谱仪
401：光纤耦合器 402：1km光纤
403：光环行器 404：偏振控制器
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，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。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提出一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置及方法，采用可调谐激光器组成的光通信发射机装置，用于补偿光信号眼图质量的相位补偿及控制装置，以及可实现相干拍频接收的光通信接收机装置。
图1是本发明实施例提供的一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置的整体结构图，如图1所示，包括：光通信发射机装置、相位补偿及控制装置和光通信接收机装置；
所述光通信发射机装置用于产生具有预设码率的BPSK光学信号；
所述相位补偿及控制装置用于依据眼图张开程度比例设置控制回路参数，使所述BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持预设光学相移；
所述光通信接收机装置用于将所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整至与光混合器的轴对齐，以实现所述光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频。
具体地，光通信发射机装置用于产生具有预设码率，如12.5Gb/s的二进制相移键控(BPSK)光学信号，相位补偿及控制装置用于根据与眼图张开程度的比例来设置控制回路参数，使BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持合适的稳定的光学相移，光通信接收机装置用于使输入信号和可调谐激光器的偏振状态调整到与光混合器的轴对齐，实现所发送的BPSK信号和可调谐激光器的实现相干拍频。
本发明实施例通过光外差技术提高了信号灵敏度，并通过自动程控的相位补偿及控制实现稳定的拍频信号，便于接收检测，同时整套装置采用全光纤结构，内部光路灵活，结构可靠。
基于上述实施例，所述光通信发射机装置包括所述可调谐激光器、第一连续激光器、第二连续激光器、可编程波长控制器和码型发生器；
所述可调谐激光器通过归零脉冲调制器和BPSK调制器长生所述具有预设码率的BPSK光学信号；
所述可编程波长控制器控制所述可调谐激光器，实现波长周期性地跳跃至指定波长；
所述码型发生器用于产生帧伪随机比特序列PRBS数据；
所述第一连续激光器、所述第二连续激光器和所述可调谐激光器用于模拟光网络DWDM通道。
具体地，如图2所示，可调谐激光器103(TLS)，经过归零(RZ)脉冲调制器201和BPSK调制器202产生一个12.5Gb/s的二进制相移键控(BPSK)光学信号；其中TLS由可编程波长控制器102控制，用于实现波长周期性地跳跃到指定的波长；码型发生器用于产生成帧伪随机比特序列(PRBS)的数据。此处，所使用的PRBS码型的字长度为215-1。
此外，还采用两个连续激光器101，其中第一连续激光器波长设为λ1，第二连续激光器波长设为λ2，可调谐激光器103来模拟光网络的DWDM通道。
基于上述任一实施例，所述第一连续激光器、所述第二连续激光器和所述可调谐激光器采用相同的PRBS数据进行调制；
对应地，将所述可调谐激光器的波长调谐至预设波长，所述第一连续激光器的波长调谐至与所述预设波长具有正向预设波长间隔，所述第二连续激光器的波长调谐至与所述预设波长具有负向预设波长间隔。
具体地，第一连续激光器、第二连续激光器和可调谐激光器103均由相同的PRBS数据调制，将该可调谐激光器103的波长调谐至预设波长，本发明实施例采用1545.32nm，而λ1和λ2分别与1545.32nm激光器、三者波长间隔调整为±25GHz，即具有相同的预设波长间隔。
基于上述任一实施例，所述相位补偿及控制装置包括归零脉冲调制器、所述BPSK调制器和光纤移相器；
所述归零脉冲调制器和所述BPSK调制器用于产生所述具有预设码率的BPSK光学信号；
所述光纤移相器用于实现信号拍频，使所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器之间保持所述预设光学相移。
具体地，如图2所示，相位补偿及控制装置通过控制光纤移相器203使BPSK光学信号和可调谐激光器103之间保持合适的稳定的光学相移；计算机控制程序产生反馈信号，用于根据光采样示波器303测得的眼图张开程度的比例来设置控制回路反馈信号，作为光纤移相器203和铌酸锂90度光混合器301的相位控制信号，对环境扰动的相位漂移和偏振漂移实现补偿；使BPSK光信号和可调谐激光器103间保持稳定的光学相移。
基于上述任一实施例，所述光通信接收机装置包括铌酸锂90度光混合器、平衡探测器和偏振控制器；
所述铌酸锂90度光混合器用于实现所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频
所述平衡探测器用于接收拍频信号并测量眼图模式或测量误码率BER；
所述偏振控制器用于使所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整到与所述光混合器的轴对齐。
具体地，光通信接收机装置包括铌酸锂90度光混合器301和偏振控制器404和平衡探测器302；其中，偏振控制器404用于使输入的BPSK光学信号和可调谐激光器103的偏振状态调整到与铌酸锂90度光混合器301的轴对齐；90度光混合器301用于实现所发送的BPSK信号和可调谐激光器103的实现相干拍频；平衡探测器302用于接收拍频信号并测量眼图模式或测量误码率BER。
基于上述任一实施例，所述BPSK光学信号由本地激光振荡器拍频获得信号，并由所述平衡探测器接收。
进一步地，所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器，经过预设长度光纤进行反向平衡传输，再经过光环行器，以实现相位相干性。
进一步地，所述眼图张开程度比例是由光采样示波器所测得。
进一步地，所述BPSK光学信号的波长调频由波长计及光谱仪进行监控。
具体地，BPSK光学信号和可调谐激光器103，经过1km光纤402反向平衡传输，经过光环形器403，保持相位相干性，减少相位漂移；眼图张开程度比例是由光采样示波器303来测得，并进一步设置控制回路反馈信号；BPSK光学信号的波长跳频用光学光谱分析仪(OSA)和一个波长计304进行监控。
图3为本发明实施例提供的一种用于相干检测的光纤信息泄密的方法的流程示意图，如图3所示，包括：
S1，产生具有预设码率的BPSK光学信号；
S2，依据眼图张开程度比例设置控制回路参数，使所述BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持预设光学相移；
S3，将所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整至与光混合器的轴对齐，以实现所述光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频。
具体地，首先由光通信发射机装置产生具有预设码率，如12.5Gb/s的二进制相移键控(BPSK)光学信号，然后相位补偿及控制装置根据与眼图张开程度的比例来设置控制回路参数，使BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持合适的稳定的光学相移，最后光通信接收机装置使输入信号和可调谐激光器的偏振状态调整到与光混合器的轴对齐，实现所发送的BPSK信号和可调谐激光器的实现相干拍频。
本发明实施例通过光外差技术提高了信号灵敏度，并通过自动程控的相位补偿及控制实现稳定的拍频信号，便于接收检测，同时整套装置采用全光纤结构，内部光路灵活，结构可靠。
下面以一个具体的实施例来说明本发明的具体实现方案：
整体装置包括光通信发射机装置、相位补偿及控制装置、光通信接收机装置；其中：
光通信发射机装置包括一个可调谐激光器103(TLS)，经过归零(RZ)脉冲调制器201和BPSK调制器202产生一个12.5Gb/s的二进制相移键控(BPSK)光学信号；其中TLS由可编程波长控制器102控制，用于实现波长周期性地跳跃到指定的波长；码型发生器用于产生成帧伪随机比特序列(PRBS)的数据，码型的字长度为215-1。
两个连续波激光器101(λ1和λ2)与可调谐激光器103来模拟光网络的DWDM通道，所有这三个激光器的调制相同的PRBS数据。该可调谐激光器的波长调谐至1545.32nm，而λ1和λ2与1545.32nm激光器的波长间隔调整为±25GHz。BPSK信号是通过约1Km单模光纤402发送。所发送的BPSK光学信号由可调谐激光振荡器103(LO)拍频获得光信号由探测器接收。
可调谐激光器103是由可调谐激光器103来实现以确保相位和频率锁定，BPSK光学信号和可调谐激光器103经过1km光纤402反向平衡传输，通过使用光环形器403及光纤移相器203，保持相位相干性，减少相位漂移。
光通信接收机装置包括铌酸锂90度光混合器301和偏振控制器404和平衡探测器302；其中：偏振控制器404用于使输入的BPSK光学信号和可调谐激光器103的偏振状态调整到与光混合器301的轴对齐；铌酸锂90度光混合器301用于实现所发送的BPSK光学信号和可调谐激光器103的实现相干拍频；平衡探测器302用于接收拍频信号并测量眼图模式或测量误码率BER。
相位补偿及控制装置通过控制光纤移相器203使BPSK光学信号和可调谐激光器103之间保持合适的稳定的光学相移；计算机控制程序产生反馈信号，用于根据光采样示波器303测得的眼图张开程度的比例来设置控制回路参数，作为光纤移相器203和铌酸锂90度光混合器301的相位控制信号，对环境扰动的相位漂移和偏振漂移实现补偿。
可以理解的是，采用零差检测的窃听者使用的非对称马赫-曾德尔(AMZ)干涉仪解调BPSK信号，AMZ干涉仪是由光纤延迟线，1km光纤402与光纤耦合器401获得差分延迟，对应一个符号周期(80ps)的延迟。零差窃听者，通过可调谐激光器103使用光纤3dB光纤耦合器401，干涉拍频解调BPSK信号。可调谐激光器103连续输出，波长为1546.37nm。窃听者的输出显示在光采样示波器303。由于可调谐激光器(TLS)103的稳定性和相位控制，BPSK信号的波长跳频用光学光谱分析仪(OSA)和一个波长计304进行监控。
如果窃听者不能跟踪马增调制器信号波长的光的差分相移(0或π用于BPSK)，偏离BPSK信号跳频波长，接收端不能得到眼图。对于多通道的情况下，窃听者将需要一个可调谐光学滤波器来过滤其它信道，且必须跟踪跳频信号的波长，以恢复所发送的数据。当窃听可调谐波长与BPSK信号(1545.32nm)的波长一致时，可以观察到眼图。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述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计算机可读存储介质中，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，包括：光通信发射机装置、相位补偿及控制装置和光通信接收机装置；
所述光通信发射机装置用于产生具有预设码率的BPSK光学信号；
所述相位补偿及控制装置用于依据眼图张开程度比例设置控制回路参数，使所述BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持预设光学相移；
所述光通信接收机装置用于将所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整至与光混合器的轴对齐，以实现所述光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频。
2.根据权利要求1所述的用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，所述光通信发射机装置包括所述可调谐激光器、第一连续激光器、第二连续激光器、可编程波长控制器和码型发生器；
所述可调谐激光器通过归零脉冲调制器和BPSK调制器长生所述具有预设码率的BPSK光学信号；
所述可编程波长控制器控制所述可调谐激光器，实现波长周期性地跳跃至指定波长；
所述码型发生器用于产生帧伪随机比特序列PRBS数据；
所述第一连续激光器、所述第二连续激光器和所述可调谐激光器用于模拟光网络DWDM通道。
3.根据权利要求2所述的用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，所述第一连续激光器、所述第二连续激光器和所述可调谐激光器采用相同的PRBS数据进行调制；
对应地，将所述可调谐激光器的波长调谐至预设波长，所述第一连续激光器的波长调谐至与所述预设波长具有正向预设波长间隔，所述第二连续激光器的波长调谐至与所述预设波长具有负向预设波长间隔。
4.根据权利要求1所述的用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，所述相位补偿及控制装置包括所述归零脉冲调制器、所述BPSK调制器和光纤移相器；
所述归零脉冲调制器和所述BPSK调制器用于产生所述具有预设码率的BPSK光学信号；
所述光纤移相器用于实现信号拍频，使所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器之间保持所述预设光学相移。
5.根据权利要求1所述的用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，所述光通信接收机装置包括铌酸锂90度光混合器、平衡探测器和偏振控制器；
所述铌酸锂90度光混合器用于实现所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频；
所述平衡探测器用于接收拍频信号并测量眼图模式或测量误码率BER；
所述偏振控制器用于使所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整到与所述光混合器的轴对齐。
6.根据权利要求5所述的用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，所述BPSK光学信号由本地激光振荡器拍频获得信号，并由所述平衡探测器接收。
7.根据权利要求1所述的用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器，经过预设长度光纤进行反向平衡传输，再经过光环行器，以实现相位相干性。
8.根据权利要求1所述的用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，所述眼图张开程度比例是由光采样示波器所测得。
9.根据权利要求1所述的用于相干检测的光纤信息泄密的装置，其特征在于，所述BPSK光学信号的波长调频由波长计及光谱仪进行监控。
10.一种基于如权利要求1至9中任一权利要求所述装置的用于相干检测的光纤信息泄密的方法，其特征在于，包括：
产生具有预设码率的BPSK光学信号；
依据眼图张开程度比例设置控制回路参数，使所述BPSK光学信号和可调谐激光器之间保持预设光学相移；
将所述BPSK光学信号和所述可调谐激光器的偏振状态调整至与光混合器的轴对齐，以实现所述光学信号和所述可调谐激光器的实现相干拍频。
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