CN117356069A - 用于载波恢复的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相干光学通信中前馈载波恢复的方法和装置。本发明公开了接收来自光源的光学信号的方法和装置，其中光学信号包括至少一个引导脉冲和具有信息的至少一个信号脉冲。使用本地振荡器源的本地振荡器信号确定该至少一个引导脉冲的多个样本的正交值。使用多个样本的正交值确定光源的接收光学信号和本地振荡器源的本地振荡器信号之间的相位差，并且基于所确定的相位差来恢复该至少一个信号脉冲的载波信息。

Description

用于载波恢复的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于特别是相干光学通信中的载波恢复的方法和装置。特别地，本发明涉及用于前馈载波恢复的方法和装置，前馈载波恢复可以允许例如相干光学通信和量子密码术中的相位和/或频率恢复。

背景技术

量子密钥分发(QKD)允许通常被称为Alice和Bob的双方通过经由通信通道分发量子信号来共享和/或生成密码密钥。主要QKD实现之一是连续可变QKD(CV-QKD)。CV-QKD通常使用光的相干态(例如，弱光学脉冲)作为量子信号，并且信息被编码在电磁场的共轭正交中。正交与信号脉冲的幅度和相位有关。

典型的CV-QKD系统可以包括通常被称为Alice的发射器，该发射器将例如具有编码的随机信息的低强度量子脉冲(即相干态)发送到被称为Bob的接收器，该接收器可以使用相干检测来测量量子脉冲。在相干检测中，被称为本地振荡器(LO)的高强度参考信号可以与Alice所发送的信号脉冲混合或干涉，以检索它们的正交值。检测的输出可能受到Alice符号信号和LO信号中的任何相位波动的影响。更具体地，LO信号和Alice信号之间的相位差的波动可能影响检测。由于这个原因，在CV-QKD的一些实现中，LO和量子信号可以在Alice处从相同的激光器生成，并且这两个信号都被传输到Bob。在光学通道上传输LO允许高强度LO和低强度Alice脉冲之间的恒定的相位关系。然而，这可能导致不希望的第三方对加密密钥的访问，即窃听。

在CV-QKD的一些其他实现中，可以在Bob侧利用附加的激光器本地生成LO。对Bob处的自由运行LO的这种使用可能需要载波或相位恢复过程来补偿由Alice生成的量子信号和LO之间的任何相位波动。在经典相干通信中，当使用高强度信号脉冲时，相位波动可以通过参考发射脉冲本身来补偿。替代方案可以是使用所谓的引导信号来避免由于数据调制引起的任何相位模糊。

传统技术描述了通过使用两个或多于两个连续引导脉冲(也称为参考脉冲)估计Alice的信号和LO信号之间的相位和频率差以恢复低强度信号的相位信息的方法。然而，为了获得相位的精确估计，Alice激光器和LO之间的频率差可能必须在±1/2T_b的范围内，其中T_b是两个连续引导脉冲之间的时间延迟(参见图1)。例如，在高速CV-QKD系统中，引导脉冲可以以100MHz的速率运行，并且在这种情况下，Alice激光器和LO之间的频率差可能必须在50MHz以内。这具有如下缺点，即需要使用具有复杂结构的非常稳定的激光源，从而限制了可用性并且具有更高的成本。例如，原子跃迁可以用于稳定激光的频率。然而，这可能导致使用附加的组件，诸如气光电池等。即使在激光信号稳定的情况下，也通常可能存在Alice激光器和LO之间的发射频率(波长)的差。因此，可能变得需要附加的相对波长调谐，这通常通过改变电流和/或温度来实现。

此外，上述传统方法通常使用三角函数来测量引导和/或量子脉冲的相位，以恢复信息。作为三角函数的替代，在一些实现中，可以使用查找表(LUT)。然而，三角函数和LUT方法这两者都可能遭受大的计算时间、硬件和/或资源。无LUT技术可以用于实现实时前馈和反馈载波恢复。该技术可以基于选择各个符号的(例如，根据功率的)最优样本来恢复数据，从而限制了操作的频率范围。

如图1所示，一个传统示例示出了具有真正本地振荡器(LO(所谓的自由运行))的CV-QKD的典型实验设置。发射器/发送器(Alice)101可以使用连续波激光源103，其中激光可以由幅度调制器(AM)105和/或相位(PM)电光调制器107调制，以获得正交值遵循例如高斯(Gaussian)随机分布的光学脉冲。由发射器/发送器101编码的同相和异相正交信号分别被称为X_A和P_A。随后，衰减器(ATT)109可以用于将信号方差(即Alice调制器方差)设置为可以使加密密钥率最大化或优化的值。调制方差通常可以等于均值光子数量的两倍。

调制的光学脉冲被发送到接收器(Bob)201，在接收器处这些光学脉冲可以在接收单元203中与由LO 205生成的LO信号干涉，LO 205通常可以以连续波操作。接收单元203的偏振控制器(PC)207可以用于使量子脉冲和本地振荡器的偏振对准，以使干涉最大化或优化。干涉可以在90°光学混合(90°OH)(检测器209的一部分)中进行，并且来自光学混合的输出可以由检测器209测量。接收器201可以被配置为实时处理测量结果，以获得与Alice信号X_A和P_A相关的数据。实时数据处理通常可以由诸如数字信号处理(DSP)单元211等的控制单元来执行。

LO和来自发射器/发送器(Alice)激光器的接收信号之间的频率差Δf以及激光器的频率噪声f_n可能导致所测量的正交中的相位漂移(相位噪声)。由Bob接收的量子信号的同相和异相正交值(称为X_B和P_B)与Alice信号的关系如下：

式(1)对应于由于噪声(Δf+f_n)而引起的相位旋转其中N_X和N_P是以零为中心的高斯噪声，其可以包括系统的散粒噪声和超噪声。

为了检索Alice所分配的X_A和P_A的值，Bob可能需要进行相位恢复算法，该算法可以通过坐标旋转来执行：

已知引导脉冲(参考脉冲)用于经典通信和量子通信这两者中的相位恢复。在经典相干通信中，通常通过使用诸如第M功率方案(M^th power scheme)等的方法直接从信号中完成相位恢复。因此，在经典相干通信中，数据恢复并不严格需要引导脉冲。在连续可变(CV)量子密钥分发中，引导脉冲R的使用可能是必要的，因为携带数据的(一个或多个)信号脉冲S可能具有低强度，并且这种低强度信号脉冲S可能不适合精确的相位噪声或频率漂移估计。在这种情况下，数据恢复可以排他地基于引导脉冲R的信息。

例如，使用图2的方案，其中引导脉冲R在信号脉冲S之间交错，可以通过使用三角函数和/或线性插值来检索放置在量子信号脉冲S之前和之后的高强度引导脉冲R的相位信息来获得量子信号脉冲S的相位信息。在图2中，引导脉冲R_i和量子脉冲S_i之间的时间延迟是T_d，并且两个引导脉冲R_i和R_i+1之间的时间延迟是T_b。索引i是指第i个信号或引导脉冲。然而，如上所述，这种传统技术有若干限制，诸如有限的频率范围和硬件实现复杂性等。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种改进的方法和/或装置来解决一个或多于一个上述挑战、缺点和/或问题。换句话说，需要能够在存在(光源的)大的频率漂移的情况下精确地恢复(一个或多个)量子信号脉冲、同时还降低硬件复杂性的方法和/或装置。

在(一个或多个)具体实施例中，本发明通过提供用于前馈载波恢复的方法来解决上述目标。该方法包括如下步骤：接收来自光源的光学信号，其中所述光学信号包括至少一个引导脉冲和包含信息的至少一个信号脉冲；使用本地振荡器源的本地振荡器信号来确定所述至少一个引导脉冲的多个样本的正交值；使用所述多个样本的正交值来确定所接收到的光源的光学信号和本地振荡器源的本地振荡器信号之间的相位差；以及基于所确定的相位差来恢复所述至少一个信号脉冲的载波信息。

在该背景下，术语“引导脉冲”是指参考脉冲，术语“正交值”可以指同相和/或异相正交值，术语“样本”是指例如引导脉冲的幅度/强度/功率与时间图上的一个点。术语“信号脉冲”可以指包括载波信息(例如其中编码的通信信息或数据)的信号脉冲，其中该信息本质上可以是多个。这里，“恢复载波信息”是指在补偿相位差之后恢复信号脉冲。引导脉冲可以是周期性的或者其间具有不均匀的时间延迟的非周期性的。

根据本发明的方法，从光源接收包括至少一个引导脉冲和至少一个信号脉冲的光学信号，并且使用本地振荡器源的本地振荡器信号确定至少一个引导脉冲的多个样本的正交值，以确定接收到的光源的光学信号和本地振荡器源的本地振荡器信号之间的相位差。由于使用了至少一个引导脉冲的多个样本的正交值，因此，例如，与使用引导脉冲的一个样本(通常是最优样本)的传统技术相比，可以通过这种精确确定，特别是在光源和本地振荡器源之间的大范围的频率漂移中，改进载波信息恢复。因此，有利的是，本发明的方法可以允许在实时操作中补偿大的频率漂移，并且提供用于前馈载波恢复的稳健但简化和/或高效的方法。此外，由于可以补偿大范围的频率漂移，因此可以避免昂贵和/或复杂的激光器硬件，从而实现成本高效的应用。

在本发明的具体实施例中，至少一个引导脉冲的至少两个相邻样本、特别是两个直接相邻样本的正交值可以用于确定相位差。在具体实施例中，可以使用至少一个引导脉冲的两个相邻样本。在该背景下，术语“两个相邻样本”可以指具有预定采样频率的“两个连续样本”，例如，其中预定采样频率可以是由采样技术/硬件确定的最小频率(例如，每秒1G样本(1GSps))，或者例如由用户设置的固定频率。通过使用两个相邻样本，可以使正交值和相位差的确定稳健且简化，这继而可以通过简化的过程实现特别是在大范围的频率漂移中的载波信息的精确恢复。

在本发明的具体实施例中，可以基于引导脉冲和信号脉冲之间的预定时间延迟、引导脉冲的功率、幅度、强度及其峰值中的任何一个来选择引导脉冲的样本中至少之一。选择引导脉冲的样本中至少之一可以不复杂且不需要特定硬件，从而有助于简化载波恢复过程。

在本发明的具体实施例中，恢复载波信息的步骤可以包括计算补偿因子以确定至少一个信号脉冲的正交值的步骤。补偿因子的计算可以允许恢复载波信息，并且还可以允许特别地使用简化的硬件程序精确地确定至少一个信号脉冲的正交值。补偿因子的确定将有助于实时前馈恢复。因此，在一个具体示例中，可以计算补偿因子以恢复特别是放置在至少一个引导脉冲之后的(一个或多个)量子信号脉冲。然而，本发明不限于此。在替代实施例中，可以计算补偿因子以恢复放置在至少一个引导脉冲之前的(一个或多个)量子信号脉冲。

在本发明的具体实施例中，可以基于引导脉冲的两个相邻样本之间的相位差、时间延迟、至少一个信号脉冲和引导脉冲的样本之一之间的时间延迟中的任何一个和/或其任何组合来计算补偿因子。由于使用了诸如引导样本的相位差或正交值、或引导脉冲的两个相邻样本之间的时间延迟和/或至少一个信号脉冲和引导脉冲的样本之一之间的时间延迟等的参数，因而补偿因子的计算考虑了实时值，因此可以简化计算过程，这是因为可以容易地从引导和信号脉冲中提取这些参数。

在本发明的具体实施例中，补偿因子可以是例如包括一个或多于一个三角系数的坐标旋转矩阵。坐标旋转矩阵可以允许载波信息的简化恢复(特别是在硬件/软件实现方面)，以及至少一个信号脉冲的正交值的确定。

在本发明的具体实施例中，可以使用块模块来计算补偿因子。块模块可以是信号处理模块，包括便于诸如乘法、加法或减法等的简单数学运算的组件。因此，块模块可以便于使用信号处理单元的实时实现，并且可以允许避免计算机要求的三角函数/计算或LUT。

在本发明的具体实施例中，光学信号可以包括一系列信号脉冲。通过使一系列信号脉冲对应于至少一个引导脉冲，可以减少引导或参考脉冲的数量，这继而可以减少开销并增加安全密钥率，因为引导脉冲可能没有可用于提取密钥的编码数据信息。这里，术语“对应于”可以指在确定相位差时，对于给定的一系列信号脉冲，至少一个引导脉冲被用作参考脉冲。这里，一系列信号脉冲中的至少一个信号脉冲可以包括载波信息。

在本发明的具体实施例中，引导脉冲的样本中的一个或多于一个可以以至少是引导脉冲的脉冲宽度的倒数两倍的采样频率被采样。在具体实施例中，各个引导脉冲可以被采样至少两次。无论脉冲形状、脉冲系列的脉冲间距如何，这都适用。该采样频率可以确保对引导脉冲的能够提供至少两个样本的最优采样，该至少两个样本对于使用多个样本来精确估计相位差可能是必要的。

在本发明的具体实施例中，至少一个引导脉冲可以是强度高于至少一个信号脉冲的强度的光学脉冲。因此，可以通过参考高强度引导脉冲来补偿任何相位波动，从而可以避免(一个或多个)信号脉冲中编码信息的丢失。此外，通过具有更高强度的引导脉冲，引导脉冲引起的噪声可以被最小化，从而有助于信号脉冲的载波信息的精确恢复。

在本发明的具体实施例中，至少一个引导脉冲可以与至少一个信号脉冲交错。也就是说，至少一个引导脉冲可以与一个或多于一个信号脉冲交错。这尤其在降低硬件要求方面可能是有利的。在一个具体示例中，可以使用时分多路复用来进行交错。在另一具体示例中，可以通过传输由例如来自信号源的信号脉冲和引导脉冲组成的多路复用的数据来进行交错。

在本发明的具体实施例中，可以根据量子密码协议、特别是连续可变量子密钥分发(CV-QKD)协议来传输至少一个信号脉冲。在CV-QKD中，通常检测到低强度信号脉冲。因此，有利地，该实施例可以允许低强度信号脉冲的相干检测，而没有需要稳定的激光源来检测这种低强度信号脉冲的缺点。

在具体实施例中，本发明通过提供被配置用于前馈载波恢复的装置来解决上述目标。该装置包括接收单元，该接收单元被配置为接收来自光源的光学信号，其中光学信号包括至少一个引导脉冲和包含信息的至少一个信号脉冲。该装置还包括控制单元，该控制单元被配置为使用本地振荡器源的本地振荡器信号来确定至少一个引导脉冲的多个样本的正交值。该控制单元还被配置为：使用多个样本的正交值来确定接收到的光源的光学信号和本地振荡器源的本地振荡器信号之间的相位差，并且基于所确定的相位差来恢复该至少一个信号脉冲的载波信息。

在本发明的装置中，控制单元使用本地振荡器源的本地振荡器信号来确定至少一个引导脉冲的多个样本的正交值。由于使用了至少一个引导脉冲的多个样本的正交值，因此与使用引导脉冲的一个样本的传统技术相比，特别是在光源和本地振荡器源之间的大范围的频率漂移中，可以通过这种精确的确定来改进载波信息恢复。因此，有利的是，本发明的装置可以允许在实时操作中补偿大的频率漂移，并且提供用于前馈载波恢复的稳健但简化和/或高效的装置。此外，由于可以补偿大范围的频率漂移，因此可以避免昂贵和/或复杂的激光硬件，从而实现成本高效的装置。

在本发明的具体实施例中，控制单元可以被配置为使用至少一个引导脉冲的两个相邻样本的正交值来确定相位差。在具体实施例中，可以使用至少一个引导脉冲的两个相邻样本。通过使用两个相邻样本，可以简化正交值和相位差的确定，并且同时可以改进其精度，特别是在光源和本地振荡器源之间的大范围的频率漂移中改进精度，这继而可以用简化的装置实现载波信息的精确恢复。

在本发明的具体实施例中，控制单元可以被配置为计算补偿因子以确定至少一个信号脉冲的正交值。补偿因子的计算可以允许恢复载波信息，并且还可以允许特别地使用简化的硬件精确地确定至少一个信号脉冲的正交值。在一个具体示例中，可以计算补偿因子来恢复特别地放置在至少一个引导脉冲之后的(一个或多个)量子信号脉冲。

在本发明的具体实施例中，控制单元可以包括时钟恢复电路，该时钟恢复电路被配置为接收由接收单元接收和/或检测的信号脉冲，和/或用于恢复载波信息的至少一个引导脉冲(R)。时钟恢复电路可以作为有助于载波恢复的数字信号处理的一部分。控制单元的时钟恢复电路可以被配置为确定至少一个引导脉冲的多个样本的正交值。

在本发明的具体实施例中，时钟恢复电路可以被配置为基于引导脉冲和信号脉冲之间的预定时间延迟、引导脉冲的功率、幅度、强度及引导脉冲的功率、幅度、强度的峰值中的任何一个来选择引导脉冲的样本中至少之一。使用时钟恢复电路来选择引导脉冲的样本中至少之一可以不复杂且不需要特定硬件，从而有助于简化载波恢复。在一个具体示例中，时钟恢复电路可以被配置为使用频率为1/T_s的输入处理时钟来识别引导脉冲上的在光学功率方面的最佳样本、其相邻样本和/或信号脉冲/符号。

在本发明的具体实施例中，控制单元可以被配置为基于引导脉冲的两个相邻样本之间的相位差、时间延迟、以及至少一个信号脉冲和引导脉冲的样本之一之间的时间延迟中的任何一个和/或其任何组合来计算补偿因子。由于使用了诸如引导样本的相位差或正交值、或引导脉冲的两个相邻样本之间的时间延迟和/或至少一个信号脉冲和引导脉冲的样本之一之间的时间延迟等的参数，因此可以简化补偿因子的计算，这是因为控制单元可以容易地从引导和信号脉冲中提取这些参数。

在本发明的具体实施例中，补偿因子可以是例如包括一个或多于一个三角系数的坐标旋转矩阵。坐标旋转矩阵可以允许载波信息的简化恢复(特别是在硬件/软件实现方面)，以及至少一个信号脉冲的正交值的确定。

在本发明的具体实施例中，控制单元可以包括被配置为计算补偿因子的块模块。块模块可以是包括诸如乘法、加法或减法等的简单数学运算的信号处理模块。因此，块模块可以便于使用数字信号处理的实时实现，并且可以允许避免计算机要求高的三角函数或LUT。

在本发明的具体实施例中，块模块可以包括用于计算补偿因子的至少一个加法器和至少一个乘法器。通过使用一个或多于一个加法器和/或一个或多于一个乘法器来配置块模块，可以使用简单的加法和/或乘法来简化可能涉及三角系数的补偿因子的计算，其中也可以相应地使用加法器和乘法器来进行减法和除法。因此，可以通过简化的架构实现简单但稳健的前馈载波恢复。

在本发明的具体实施例中，块模块可以包括被配置为选择块模块的一个或多于一个输入的至少一个多路复用器，以及被配置为处理块模块的一个或多于一个输入的至少一个寄存器缓存器(register buffer)。所述一个或多于一个多路复用器和所述一个或多于一个寄存器缓存器可以便于处理块模块的一个或多于一个输入，从而可以用简化的硬件精确地确定补偿因子。

在本发明的具体实施例中，可以在数字信号处理(DSP)硬件、特别是现场可编程门阵列(FPGA)中实现控制单元。因此，发明的装置可以通过离线处理器或诸如FPGA等的实时DSP来应用，具有低成本激光器以用于经典通信和量子密码应用这两者中的成本有效的系统。

附图说明

图1例示了具有真实LO的CV-QKD的传统实验设置。

图2例示了用于相位恢复的引导脉冲(参考脉冲)的传统使用。

图3例示了根据本发明具体实施例的前馈载波恢复方法的示意流程图。

图4例示了根据本发明具体实施例的对至少一个引导脉冲进行采样以确定至少两个相邻/连续样本的正交值。

图5例示了根据本发明具体实施例的第i个引导脉冲的两个连续/相邻样本在复平面中的相位。

图6例示了根据本发明具体实施例的块模块。

图7例示了根据具体实施例的用于前馈载波恢复的装置。

图8例示了根据本发明具体实施例的装置的一部分，特别是控制单元。

图9例示了根据本发明具体实施例的控制单元的一部分，特别是块电路(BC)。

图10例示了支持该方法并评估发明的载波恢复的性能的模拟结果。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的特征和有利实施例。

图3示出了根据本发明具体实施例的用于前馈载波恢复的方法300的示意流程图。该方法包括接收来自光源的光学信号的步骤302，其中光学信号包括至少一个引导脉冲R和包含信息的至少一个信号脉冲S。该方法还包括步骤304，在该步骤中，使用本地振荡器源，特别是本地振荡器源的本地振荡器信号，确定至少一个引导脉冲R的多个样本R₀、R₁的正交值。该方法还包括步骤306，在该步骤中，使用多个样本R₀、R₁的正交值确定光源(特别是接收到的光学信号)和本地振荡器源(特别是本地振荡器信号)之间的相位差。该方法还包括基于所确定的相位差来恢复至少一个信号脉冲S的载波信息的步骤308。

图3中的步骤302可以包括经由光学路径接收光学信号。光学路径可以是一个或多于一个光纤通道。光学信号可以从图1的发送器或发送器光源(诸如连续激光源)接收。光学信号包括至少一个引导脉冲(即，参考脉冲)R和至少一个信号脉冲S。在实施例中，信号脉冲可以是包括载波信息(例如，通信信息)或其中编码的数据的脉冲。在示例中，信号脉冲S可以被相位和/或幅度调制。引导脉冲是参考脉冲，并且可以来自与信号脉冲的源相同的源，也可以来自不同的源。引导脉冲R可以不包括编码在其中的信息。在示例中，引导脉冲R可以被相位和/或幅度调制。

在一个实施例中，至少一个引导脉冲R的强度(例如，幅度)可以高于至少一个信号脉冲S的强度。在实施例中，引导脉冲R的强度和信号脉冲S的强度之间的比率可以在100到500的范围内。在具体实施例中，该比率可以是至少100。在具体实施例中，根据诸如连续可变量子密钥分发(CV-QKD)协议等的量子密码协议，引导脉冲R可以是高强度引导脉冲，并且信号脉冲S可以是低强度量子脉冲，其中在这两个脉冲之间具有预定强度比率。

图4(将在后面详细描述)例示了，在实施例中，光学信号可以包括至少一个引导脉冲R之后的一系列或一序列信号脉冲S₀至S_N-I，其中N是指该系列/序列中的信号脉冲数量。也就是说，至少一个引导脉冲R可以与一个或多于一个信号脉冲S₀至S_N-I交错。在一个具体实施例中，可以使用时分多路复用来进行交错。在另一具体实施例中，可以通过传输由来自光源的一个或多于一个量子信号脉冲S₀至S_N-I以及至少一个引导脉冲R组成的多路复用数据来进行交错。

图3中的步骤304包括使用本地振荡器源来确定至少一个引导脉冲R的正交值。特别地，使用本地振荡器源，特别是本地振荡器源的本地振荡器信号来确定至少一个引导脉冲R的多个样本R₀、R₁的正交值。在实施例中，正交值指同相正交值和异相正交值。参考图4，在本发明的实施例中，采样到至少一个引导脉冲R的至少两个样本R₀、R₁，以用于正交值确定。然而，采样不限于两个。根据环境和/或硬件/软件限制，也可以使用多于两个、三个、四个样本等。在特定示例中，仅使用两个相邻样本。

在特定实施例中，两个样本以预定采样频率/速率彼此相邻或连续。预定采样频率可以是由采样技术/硬件确定的最小频率，或者是由用户设置的频率。在实施例中，图4示出了具有两个相邻样本R_0,i和R_1,i的第i个引导脉冲R(或者针对第i-1个引导脉冲的R_0,i-1和R_1,i-1)。在实施例中，相邻的样本R_0,i和R_1,i之后是N-1个信号脉冲S₀到S_N-1。相邻的样本R₀和R₁的采样频率称为1/T_s。

在优选实施例中，引导脉冲R的样本R₀、R₁中的一个或多于一个被以以采样频率1/T_s采样到，该采样频率可以是引导脉冲R的(以时间单位测量的)脉冲宽度的倒数的至少两倍，从而满足奈奎斯特(Nyquist)定理。在具体实施例中，各个引导脉冲被采样至少两次。这也适用于其他脉冲形状、脉冲系列的脉冲间间距。可以基于引导脉冲R和信号脉冲S之间的预定时间延迟T_d、引导脉冲R的功率、幅度、强度及其峰值中的任何一个来选择引导脉冲R的多个样本R₀、R₁中的至少一个。在图4中，基于引导脉冲R的峰值功率/幅度/强度选择样本R₁作为最优样本。可以基于预定采样点和/或与引导脉冲R的R₁(最佳样本)的预定时间延迟来选择样本R₀。

这里，术语“本地振荡器源”可以指在Bob(接收器)端自由运行的激光源，并且术语“本地振荡器”可以指激光振荡器源的输出，即本地振荡器信号。可以使引导脉冲R和信号脉冲S与本地振荡器信号干涉以确定正交值。

在步骤306中，使用至少一个引导脉冲R的多个样本R₀、R₁的正交值来确定接收到的光源的光学信号和本地振荡器源的本地振荡器信号之间的相位差。在实施例中，确定相位差的该步骤可以提供所确定相位差的函数或分量，其可以用于通过恢复载波信息和确定至少一个信号脉冲的正交值来补偿相位误差。

在图3的步骤308中，基于所确定的相位差来恢复至少一个信号脉冲S的载波信息。该步骤允许使用步骤306中从至少一个引导脉冲中提取的相位差/信息来补偿相位误差/失配。在一个具体示例中，步骤308可以允许基于高强度引导脉冲的采样的(一个或多个)低强度信号脉冲的前馈载波恢复。

将参考图4和图5描述发明的具体非限制性实施例。在该具体实施例中，使用至少一个引导脉冲R的至少两个相邻/连续样本R₀和R₁的正交值来确定相位差。

在图4中，第i个模式对应于一个引导脉冲R，该引导脉冲R由两个连续的样本R_0,i和R_1,i组成，该引导脉冲R之后是N-1个信号脉冲S。就功率而言，各个信号脉冲(标记有k)具有最优样本S_k。例如，就功率而言，最优样本R_l具有分别相对于信号脉冲中的第一个S₀和最后一个S_N-1样本的时间延迟T_d和NT_d。在该实施例中，以相等的时间延迟T_d周期性地接收信号脉冲。然而，本发明不限于周期性和/或相等时间延迟T_d。由Bob(接收器)测量的第i个引导脉冲R的同相正交X_R和异相正交P_R可以由下式给出：

其中A是与引导脉冲的幅度相关的系数，为简单起见，该系数被认为是1。然而，本发明不限于A＝1。是相位噪声，/>是引导脉冲R上来自光源(Alice(发送器))的发送信号的相位。相位/>包括Alice的编码相位和与Alice激光频率相关的相位。/>是来自与LO频率相关联的本地振荡器的光源信号的相位。因此，引导脉冲R可以具有的相位差。对于没有Alice(即发送器)的编码信息(即未调制)的引导脉冲，相位/>可以具有与Alice激光频率相关的分量。然而，本发明不限于此。

根据本发明的另一实施例，可以基于时间延迟T_d、引导脉冲R的功率、幅度、强度及其峰值中的任何一个来选择引导脉冲R的样本R₀和R₁中的至少一个。在一个具体示例中，使用频率为1/T_s的输入处理时钟，就引导脉冲R上的光学功率方面来识别(一个或多个)最佳样本。类似地，信号脉冲S的最优/最好样本也可以是基于引导脉冲R和信号脉冲S之间的时间延迟T_d，和/或信号脉冲的功率、幅度、强度及其峰值中的任何一个来选择的。在另一特定示例中，最佳样本(R_1,i)可以是由时钟恢复电路(稍后描述)就光学功率、其相邻样本R_0,i(预定采样点，和/或与R_1,i的预定时间延迟)和信号脉冲S_k,i，使用频率为1/T_s的输入处理时钟来识别/选择的。

此外，引导脉冲R的样本中的一个或多于一个可以以引导脉冲R的脉冲宽度的倒数的至少两倍的频率被采样到。该采样频率可以确保满足奈奎斯特定理，从而实现最优采样。

在图4的实施例中，光学信号包括在两个参考脉冲R之间的一系列信号脉冲S_k,i(其中k为1到N-1)。因此，对于与至少一个引导脉冲R相对应的一系列信号脉冲，可以减少引导或参考脉冲的数量，这继而可以减少开销并增加安全密钥率，这是因为引导脉冲可能没有可用于提取密钥的编码数据信息。

图5例示了根据发明实施例的第i个引导脉冲的两个连续/相邻样本R_0,i和R_1,i在复平面中的相位，分别具有相位和/>因此，第i个模式中的第k(k：0->N-1)个信号脉冲的相位可由下式给出：

量可以表示与Δf和f_n相关联的相位误差。在该实施例中，本地振荡器源和发送器(Alice)激光器之间的频率差Δf可以高于激光器的频率噪声f_n，以及/或者频率差Δf可以在两个连续引导脉冲之间的时间((N+1).T_d)内恒定。因此，模式中各个单独样本的相位可以对应于与先前样本相关联的/>的累积，例如假设参考相位/>作为起点。然而，本发明不限于这种关系，只要频率差确保对各个引导脉冲之后的信号脉冲的相位的精确估计即可。

在该实施例中，引导脉冲可以在复平面中具有恒定包络和/或恒定半径(图5)，得到以下三角关系(参考图6)：

使用三角特性：

可以从式(5)获得下式(7)

利用上式(7)，因此，使用多个样本R₀、R₁的正交值确定接收到的光源的光学信号和本地振荡器源的本地振荡器信号之间的相位差的步骤306(图3)可以根据相位差的函数或分量(这里是sin和cos函数/分量)来进行。从式(7)可以明显看出，相位差的函数或分量可以通过对引导脉冲R的多个样本的正交值的简单数学运算来确定。此外，相位差的(一个或多个)函数或分量可以用于通过恢复载波信息和确定至少一个信号脉冲S的正交值以补偿相位误差。

特别地，引导脉冲的正交用于确定接收器处来自发送器激光源和本地振荡器源的测量值之间的相位差。相位差然后可以用于补偿或对准参考发射器激光源的本地振荡器源对信号脉冲的正交的度量，从而允许恢复关于信号脉冲的信息。

在这方面，根据发明实施例，恢复载波信息的步骤308可以包括计算补偿因子W以确定至少一个信号脉冲S的正交值的步骤。在一个特定实施例中，可以针对例如放置在引导脉冲R之后的(一个或多个)量子信号脉冲S计算补偿因子W。

下面描述根据发明实施例的恢复载波信息的步骤。在该实施例中，可以用正交值S_i′恢复第k个信号脉冲、特别是包括信息的信号脉冲，正交值S_i′基于式(1)和式(4)包括第i个模式中的同相正交和异相正交/>因此，恢复信号脉冲的正交值S_i′和接收信号脉冲的正交值S_i之间的关系可以给出为：

S_i′＝W_i·S_i (8)

其中

旋转矩阵W_i被称为用以恢复所传输的信息(即编码在信号脉冲S中的信息)的补偿因子W。从上述关系式(9)中且参考图4，可以看出，根据发明的实施例，补偿因子W可以基于引导脉冲R的两个相邻样本R₀、R₁之间的时间延迟T_s和/或至少一个信号脉冲S和引导脉冲R的样本R₀、R₁之一、特别是最优样本R₁之间的时间延迟T_d。换句话说，补偿因子W可以基于除引导样本的正交值之外的其他因子。补偿因子W可以称为坐标旋转矩阵或其系数。

在实施例中，为了简化矩阵W，假设且(k+1).M＝β。

为了获得式(9)中矩阵W_i的元素的三角值，图6表示根据发明实施例的块模块(BM)600。根据本发明，块模块600可以被实现为数字信号处理单元的一部分。块模块600包括一个或多于一个输入In₁至In₄、以及一个或多于一个输出Out₁、Out₂，其中各个输入可以涉及三角系数，特别是补偿因子和/或信号脉冲的正交值的系数。

在该实施例中，块模块600还可以包括至少一个加法器600A1、600A2和至少一个乘法器600M1、600M2、600M3、600M4。块模块600不限于这些组件和/或功能。例如，块模块可以被配置为分别使用加法器和/或乘法器来进行减法和/或除法。此外，块模块600的数量不限于一个。在具体实施例中，还可以提供多个块模块。

在本实施例中，输入In₁与sin(a)相关联，输入In₂与sin(b)相关联，输入In₃与cos(b)相关联，并且输入In₄与cos(a)相关联，使得块模块600可以使用至少一个加法器600A1、600A2和至少一个乘法器600M1、600M2、600M3、600M4产生Out₁＝sin(a+b)和Out₂＝cos(a+b)的输出。因此，通过考虑：

并且使用块模块600的功能、特别是简单的乘法和加法，以及还来自式(5)和式(7)中的定义，可以获得作为补偿因子W的W_i的矩阵元素。因此，通过使用块模块600，可以避免在确定补偿因子时使用任何查找表(LUT)或任何特定的三角函数计算器。

因此，使用式(5)和式(7)，以及来自图6的块模块600的输出，可以获得式(9)的旋转矩阵W的元素，由此以同相和正交S作为输入来求解式(8)。基于所述输入和来自块模块600的矩阵系数，可以对应于给定的相位波动来恢复信号脉冲S的正交值和S’的矩阵元素。

在下文中，参考本发明的方法300描述根据本发明的用于前馈载波恢复的装置700。装置700被配置为执行如上文参考图3至图6所述的根据本发明的用于前馈载波恢复的方法300的步骤。关于方法300的已经讨论过的特征不再重复，而是通过引用结合于此。图7例示了根据本发明具体实施例的用于前馈载波恢复的装置700。

装置700包括接收单元701，其被配置为接收来自光源的光学信号，其中光学信号包括至少一个引导脉冲R和至少一个信号脉冲S。接收单元701包括本地振荡器源LO。在具体实施例中，接收单元700可以是也称为Bob的接收器。例如，接收单元700可以包括图1的接收器201的一些或全部组件。该装置还可以包括发送单元(未示出)，该发送单元具有图1的发送器101的一些或全部组件。

在具体实施例中，接收单元701可以被配置为进行对从光源发送的光学信号的接收和检测。接收单元701可以包括一个或多于一个光电组件。接收单元701的一个或多于一个光电组件可以包括但不限于90°光学混合、诸如平衡/不平衡迈克尔逊(Michelson)干涉仪或平衡/不平衡马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪等的干涉仪的任何组合、一个或多于一个分束器、诸如保偏光纤(PMF)等的偏振控制器、用于对准信号脉冲和本地振荡器的偏振以最大化或优化干扰的偏振控制器、一个或多于一个调制器/解调器等。

接收单元701还可以包括但不限于一个或多于一个光电组件，诸如一个或多于一个单光子检测器、外差检测器、零差检测器等。接收单元701可以使用零差或外差检测。在零差检测中，接收单元可以通过向本地振荡器添加90°相移来随机选择测量X或P正交，而在外差检测中，接收单元可以通过使用例如90°光学混合将信号分成两个部分来同时测量两个正交。

光源可以是参考图1定义的发送器101的一部分。光源可以是装置700的一部分，或者与装置700或发送器101分开并在其外部。装置700或发送器101可以包括幅度调制器和/或相位调制器，以获得具有遵循高斯随机分布的正交值的光学脉冲。发送器还可以包括衰减器，以将信号方差(即Alice调制器方差)设置为可以使加密密钥率最大化或最优化的值。调制方差通常可以等于平均光子数的两倍。接收单元701被配置为接收来自光源的光学信号。

在本发明的实施例中，代替发送器101或除了发送器101之外，任何常规已知的发送器都可以与装置700结合使用，特别是与图7所示的接收单元701结合使用，以在光纤网络(例如CV-QKD网络)中通信。本发明不限于此。光纤网络可以具有任何数量的发送和接收装置。发明的装置也可以是收发器的一部分。此外，网络中的所有或一些接收装置可以根据本发明进行配置。

装置700还包括控制单元703，该控制单元703被配置为使用本地振荡器源LO(例如，类似于图1的元件203的连续波激光)来确定至少一个引导脉冲R的多个样本R₀、R₁的正交值。在这方面，采样单元(未示出)可以用于对至少一个引导脉冲R进行采样。可替代地，控制单元703可以被配置为对至少一个引导脉冲R进行采样。例如，控制单元703可以包括模数转换器，以预定采样频率1/T_s对至少一个引导脉冲R进行采样，该采样频率可以是引导脉冲R的脉冲宽度的倒数的至少两倍，从而满足奈奎斯特定理。控制单元703可以被配置为基于引导脉冲(R)的时间延迟T_d、功率、幅度、强度及其峰值中的任何一个来选择引导脉冲R的样本中至少之一。

控制单元703还被配置为使用多个样本R₀、R₁的正交值来确定接收到的光源的光学信号和本地振荡器源LO的本地振荡器信号之间的相位差，并且基于所确定的相位差来恢复至少一个信号脉冲S的载波信息。例如，参考图4和图5，控制单元703被配置为使用至少一个引导脉冲R的两个相邻样本R₀、R₁的正交值来确定相位差。控制单元703还被配置为计算补偿因子W以确定至少一个信号脉冲S的正交值。在具体实施例中，控制单元703包括用于计算补偿因子W的块模块600，补偿因子W特别地具有旋转矩阵的一个或多于一个三角系数，如上文参考图6所述。

在实施例中，接收单元701可以由软件、控制单元703或其组合来控制。在另一具体实施例中，本地振荡器源LO可以是接收单元701或控制单元703的一部分。在另一具体实施例中，本地振荡器源LO可以与接收单元701和控制单元703分开。控制单元703可以是硬件和/或软件元件。在一个具体实施例中，控制单元703可以由软件控制。在另一具体实施例中，控制单元703可以被配置为控制和/或驱动接收单元701和本地振荡器源LO的组件。

将参考图8和图9说明本发明的具体非限制性实施例。图8例示了装置700的控制单元703。在该具体实施例中，控制单元703包括时钟恢复电路803，该时钟恢复电路803被配置为接收由接收单元701接收和/或检测的信号脉冲、和/或用于恢复载波信息的至少一个引导脉冲R。控制单元703还包括用于恢复载波信息的载波恢复电路805。特别地，在具体实施例中，时钟恢复电路803充当载波恢复电路805的输入电路，以帮助补偿相位差。然而，单独的时钟恢复电路和单独的载波恢复电路不是必要的，只要控制单元被配置为进行其功能即可。

在该具体实施例中，发明的装置700和发明的方法300可以使用时钟恢复电路803和载波恢复电路805来进行载波恢复，以补偿接收数据时钟或处理速度和采样频率之间的差。

控制单元703的时钟恢复电路803可以被配置为基于引导脉冲和信号脉冲之间的时间延迟T_d、引导脉冲R的功率、幅度、强度及其峰值中的任何一个来选择或识别引导脉冲R的多个样本R₀、R₁中的至少一个。在该具体实施例中，基于引导脉冲R的峰值功率/幅度/强度，特别是根据引导脉冲R上的光学功率，选择样本R₁作为最优样本。可以基于预定采样频率和/或基于与引导脉冲R的R₁的预定时间延迟来选择样本R₀。

在该实施例中，使用来自时钟恢复电路803的输入和至少一个引导脉冲R及其样本的载波恢复电路805被配置为确定相位差并使用相位差来恢复载波信息。可以使用块模块600来计算补偿因子W。

在该具体实施例中，载波恢复电路805包括上述一个以上的块模块，特别是三个块模块807、809和811(图8)。使用块模块功能，在图8中示出本发明的载波恢复的求解式(8)的描述，其中作为Bob(即接收单元)的信号的和/>优选地数字化地被提供作为时钟恢复电路803的输入。

如上所述，时钟恢复电路803可以被配置为就引导脉冲即R_1,i的光学功率、其相邻样本R_0,i和量子信号脉冲S_k,i方面使用频率为1/T_s的输入处理时钟4选择/识别最佳样本。使用例如由具有控制输入选项的D触发器构成的寄存器的时钟恢复电路803被配置为输出和锁存信号P_S，i9和X_S，i10，直到下一更新的引导脉冲(即第i+1个)或量子信号脉冲(即第(k+1)个)为止。使用信号5至8作为输入，块模块807通过应用如下的示(7)输出12(称为Out₁和Out₂)：

逻辑非运算符13可以在例如8之前使用以校正功能化的块模块807和式(7)之间的任何符号失配。然而，逻辑非运算符的位置不限于此。

如图8所示，块模块807的输出12可以充当块电路BC的输入。因此，块电路BC可以被配置为接收从块模块807输出的两个输入，即和/>

图8的块电路BC在图9中详细例示。块电路BC也是块模块18，但是可以另外包括被配置为选择针对块模块的一个或多于一个输入的一个或多于一个多路复用器14、15，以及被配置为处理针对块模块的一个或多于一个输入的一个或多于一个寄存器缓存器21、25。

使用可选的控制信号16、17，多路复用器14、15可以将块电路BC的输入(即，块模块807的输出)传递到块模块18，以获得和/>分别作为输出19、20。使用可选的控制信号22，寄存器缓存器21可以在输入处理时钟4的情况下锁存其输入数据。控制信号16、17可以被控制或改变，使得多路复用器14、15可以将所获得的输出传递反馈到块模块18，以与/>和/>组合，以获得/>和/>控制信号16、17可以优选地保持在ON状态，直到所检测到的下一引导脉冲(即第(i+1)个)为止。块模块18可以获得分别对应于R_0,i之后的第j个样本的/>和/>在实施例中，在N个量子信号脉冲之后，控制器16、17和22可以被复位用于下一模式，该模式具有与之前相同的功能。例如，如果R_0,i之后的第(j+1)个样本是量子脉冲，则块电路BC的第二寄存器缓存器25及其可选控制器26可以锁存/>和/>以用于Output₁ 27和Output₂ 28，从而得到：

/>

使用式(5)和式(6)，并且通过使用来自块电路BC输出的信号，获得式(9)中旋转矩阵W_i的元素，可以由块模块809实现以下输出作为Out′₁30和Out′₂31：

其中式(13)与同相且正交的S_k，i的组合作为块模块811的输入，可以求解式(8)，其中关于33和/>34的等效值为：

因此在式中(14)中，信号脉冲可以被认为是基于式(13)中的估计值而旋转的，并且可以恢复与相位波动相对应的矩阵元素S_i′。在实施例中，通过接收下一引导脉冲，可以重新开始整个载波恢复过程。

图10例示了支持该方法和评估本发明的载波恢复方法的性能的模拟结果。在图10的(a)和(c)中，模拟了包括同相X和正交P的量子脉冲的群，其中(Δf+f_n)＝60MHz(a)和1060MHz(c)，其中M＝16，N＝1，T_s＝1ns，以及2T_s的总引导和量子脉冲宽度。可以看出，对于(Δf+f_n)>1/T_s，群在T_s的采样时段内可以旋转2π以上。图10的(b)和(d)分别示出了对应于图10的(a)和(c)中信号的经恢复量子脉冲。模拟结果指示，使用本发明的方法，即使在频率漂移非常大的情况下，也能正确且精确地恢复数据。在该实施例中，选择M和N没有理论限制。然而，由于在实际应用中，激光频率甚至可以在短时间段内改变，因此优选地将M和N分别限制在2至256和1至256的范围内，以具有载波数据恢复的最优和更好的性能。在最优选的实施例中，M＝16，N＝1。

如关于图9所描述的，在本发明中，与前馈相位补偿一起，从例如式(13)的估计值获得的反馈信号也可以用于通过主动调谐本地振荡器LO源的波长来使激光器的频率差最小化。优选地，使用总共16个乘法器和8个加法器，可以实现简单但稳健的前馈载波恢复。

参考图6至图9描述的配置也可以由离线处理器或实时数字信号处理单元(诸如现场可编程门阵列(FPGA)等)来应用，具有低成本激光器以用于经典通信和量子密码应用这两者中的成本高效的系统。特别地，根据发明实施例，控制单元703可以在数字信号处理硬件/软件中实现。在一个具体示例中，数字信号处理硬件可以是现场可编程门阵列(FPGA)。因此，本发明可以与数字信号处理(DSP)相结合来恢复所传输的信息。

本发明提供了一种改进的方法和/或装置，其能够在(光源的)存在大频率漂移的情况下精确地恢复量子信号脉冲，同时还降低硬件复杂性。特别地，所公开的方法和/或装置可以允许补偿与光源(例如激光器)的信号不稳定性相关的大频率漂移，并且由于高效和改进的载波恢复过程，还可以提供具有实时操作的简化硬件/软件实现的可能性。换句话说，通过使用引导脉冲的多个样本，与使用引导脉冲的一个样本的传统技术相比，本发明可以在发送器和接收器的光源之间的大范围频率漂移中允许精确的载波恢复。发明的方法和/或装置可以特别适用于量子密码术，例如基于低强度量子脉冲的相干检测的CV-QKD。

本发明还公开了使用依赖于简单数学运算(包括乘法和加法(或减法))的硬件的载波恢复，这因此可以促进使用数字信号处理单元的实时实现，并且允许避免计算机要求高的三角函数或LUT。

此外，发明的方法和/或装置可以允许相干光学通信中的相位和/或频率恢复，并且可以配置有离线处理器和/或实时DSP(诸如FPGA等)，具有低成本激光器以用于经典通信和量子密码应用这两者中的成本有效的系统。

本发明的一个或多于一个上述实施例/步骤/示例可以使用诸如处理/计算装置和软件/程序等的一个或多于一个组件来完全或部分自动化。本发明的一个或多于一个步骤/实施例/示例可以通过使用这些组件来实现。

应当理解，上面的描述已经描述并例示了具体的实施例和示例。然而，该描述旨在涵盖本发明的各种实施例和示例的任何和所有变型。在回顾上述描述后，本文未具体描述的上述实施例/示例/布置的组合对于本领域技术人员来说将是明显的。因此，本公开不旨在限于所公开的特定实施例/示例/布置，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例和布置。

Claims (23)

1.一种用于前馈载波恢复的方法，包括以下步骤：

接收来自光源的光学信号，所述光学信号包括至少一个引导脉冲(R_i)和包含信息的至少一个信号脉冲(S_k)；

使用本地振荡器源的本地振荡器信号来确定所述至少一个引导脉冲(R_i)的多个样本(R_0,i、R_1,i)的正交值；

使用所述多个样本(R_0,i、R_1,i)的正交值来确定所接收到的来自所述光源的光学信号和所述本地振荡器源的本地振荡器信号之间的相位差；以及

基于所确定的相位差来恢复所述至少一个信号脉冲(S_k)的载波信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个引导脉冲(R)的至少两个相邻样本(R_0,i、R_1,i)的正交值用于确定所述相位差。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述引导脉冲的样本至少之一是基于所述引导脉冲(R)和所述至少一个信号脉冲(S)之间的预定时间延迟(T_d)、所述引导脉冲的功率、幅度、强度、以及所述引导脉冲的功率、幅度、强度的峰值中的任何一个来选择的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，恢复所述载波信息的步骤包括计算补偿因子(W)以确定所述至少一个信号脉冲(S)的正交值的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述补偿因子是基于所述相位差、所述引导脉冲(R)的两个相邻样本之间的时间延迟(T_s)、以及所述至少一个信号脉冲(S)和所述引导脉冲(R)的样本之一之间的时间延迟(T_d)中的任何一个、或其任何组合来计算的。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述补偿因子(W)包括一个或多于一个三角系数。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，所述补偿因子(W)是使用块模块计算的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述光学信号包括一系列信号脉冲(S)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述引导脉冲(R)的样本(R₀、R₁)中的一个或多于一个样本是以所述引导脉冲(R)的脉冲宽度的倒数的至少两倍的采样频率(1/T_s)进行采样的。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述至少一个引导脉冲(R)是强度高于所述至少一个信号脉冲(S)的强度的光学脉冲。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述至少一个引导脉冲(R)与所述至少一个信号脉冲(S)交错。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述至少一个信号脉冲(S)是根据量子密码协议发送的，特别是根据连续可变量子密钥分发协议即CV-QKD协议发送的。

13.一种被配置用于前馈载波恢复的装置，包括：

接收单元，其被配置为接收来自光源的光学信号，所述光学信号包括至少一个引导脉冲(R)和包含信息的至少一个信号脉冲(S)；以及

控制单元，其被配置为使用本地振荡器源的本地振荡器信号来确定所述至少一个引导脉冲(R)的多个样本(R_0,i、R_1,i)的正交值；

其中，所述控制单元还被配置为：

使用所述多个样本(R_0,i、R_1,i)的正交值来确定所接收到的所述光源的光学信号和所述本地振荡器源的本地振荡器信号之间的相位差；以及

基于所确定的相位差来恢复所述至少一个信号脉冲(S)的载波信息。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述控制单元被配置为使用所述至少一个引导脉冲(R)的两个相邻样本的正交值来确定所述相位差。

15.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述控制单元被配置为计算补偿因子(W)以确定所述至少一个信号脉冲(S)的正交值。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其中，所述控制单元包括时钟恢复电路，所述时钟恢复电路被配置为接收由所述接收单元接收和/或检测到的所述信号脉冲、以及/或者所述至少一个引导脉冲(R)，以用于恢复载波信息。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的装置，其中，所述时钟恢复电路被配置为基于所述引导脉冲(R)和所述至少一个信号脉冲(S)之间的预定时间延迟(T_d)、所述引导脉冲的功率、幅度、强度、以及所述引导脉冲的功率、幅度、强度的峰值中的任何一个来选择所述引导脉冲(R)的样本至少之一。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其中，所述控制单元被配置为基于所述相位差、所述引导脉冲(R)的两个相邻样本之间的时间延迟(T_s)、以及所述至少一个信号脉冲(S)和所述引导脉冲(R)的样本之一之间的时间延迟(T_d)中的任何一个、或其任何组合来计算所述补偿因子。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的装置，其中，所述补偿因子(W)包括一个或多于一个三角系数。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的装置，其中，所述控制单元包括被配置为计算所述补偿因子(W)的块模块。

21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述块模块包括用于计算所述补偿因子的至少一个加法器和至少一个乘法器。

22.根据权利要求20或21所述的装置，其中，所述块模块包括至少一个多路复用器和至少一个寄存器缓存器，所述多路复用器被配置为选择针对所述块模块的一个或多于一个输入，所述寄存器缓存器被配置为处理针对所述块模块的一个或多于一个输入。

23.根据权利要求13至22中任一项所述的装置，其中，所述控制单元被实现在数字信号处理硬件即DSP硬件中，特别是实现在现场可编程门阵列即FPGA中。