CN214480625U - 量子通信系统及其发送端和接收端 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及量子通信系统及其发送端和接收端结构。该发送端包括第一经典通信设备、第一QKD设备、第一和第四FWDM。其中，第一经典通信设备和第一QKD设备分别采用O波段和S/C/L波段中的一个。第一FWDM的透射端和反射端分别连接第一经典通信设备和第一QKD设备，公共端连接第一光纤；第四FWDM的透射端和反射端分别连接第一经典通信设备和第一QKD设备，公共端连接第二光纤。由此通过将量子光信号和协商光信号分于第一和第二光纤上传输，可以保证在不对经典通信设备进行过多处理的前提下，使量子密钥分发设备正常工作，且经典通信设备保持正常无误码运转。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，特别是一种量子通信系统，以及用于该量子通信系统的发送端和接收端结构。
背景技术
量子保密通信是不同于经典通信的一种保密通信方式，能够通过量子密钥分发(Quantum Key Distribution，QKD)在通信双方之间产生完全一致的无条件安全的密钥，该密钥通过“一次一密”的方式加密经典信息，即能够保证信息传递的安全性，因而受到广泛关注。量子保密通信网络在建设中存在一个突出问题，即量子信息与经典信息需要采用不同光纤分别完成传输任务，因此量子保密通信网络的建设要比一般通信网络的建设多消耗近一倍的光纤数量，从而占用了光纤通信网络的大量资源。在实用化的量子保密通信网络中，通常采用波分复用的技术或方法来部署QKD相关设备，使之与经典通信网络融合，可节省大量光纤资源，降低部署成本，有利于QKD技术的推广和普及。
图1示出了现有技术中的一种量子通信装置(例如参见中国专利申请CN107465502A)，在其采用的经典-量子波分复用装置中，通过特定波段的合波器及分波器实现经典光信号和量子光信号共纤传输，并且通过分配经典光信号的波长和量子光信号的波长，来降低经典光信号拉曼散射噪声对量子光信号的影响。
图2示出了现有技术中的一种经典-量子波分复用系统(例如参见中国专利申请CN110830121 A)，其中通过减小经典光信号脉宽的占空比，来降低其拉曼散射效应对量子光信号的影响，从而实现两者共纤传输，且互不干扰。
图3示出了现有技术中的一种共纤传输发送及接收设备(例如参见中国专利申请CN 109391332 A)，其中通过对经典光的功率进行调整，结合合波器和分波器，实现经典量子信号共纤传输。
如上所述，在已有的量子通信方案中，经典信号和量子信号在共纤传输过程中，为了降低经典光信号(包括QKD所需的上下行协商信号)对量子光信号的影响，往往需要对经典光信号做一定的“处理”。这种处理的方法可能会包括：降低经典光的光强、压窄经典光的光脉冲宽度，甚至需要对经典光的波长资源进行重新分配。这些处理手段虽可能会使量子信号可以不受影响地在光纤中传输，但也会给既有网络中的经典信号以及QKD协商信号带来了较多的不确定性，在一定程度上降低经典通信的质量，例如在经典通信中出现丢包、误码等情况，这使得既有网络中的通信业务及QKD协商效率受到影响。
在发送方共纤传输之前加入可调光衰减器，降低经典光信号的功率，是大多数现有技术为实现经典-量子信号共纤传输普遍采用的方法之一。虽说经典光设备信号在实际部署时确实可能预留了一部分光功率，一定程度上有光功率富余，但这些富余本身是为了应对经典通信过程中出现异常的插损增加(如光纤弯曲较大、端面有些污染等情况的出现)时，在一定范围内，经典通信仍然可正常进行而预留的功率。
为了在时域上降低经典光的干扰时间，现有技术甚至还提出对经典通信设备的光脉冲信号的脉宽进行调整压缩，这不仅在技术上有较大的风险，而且在具体实施过程中，经典通信运营商从管理角度为了保证经典通信质量，也难以同意对经典光脉宽进行调整，这会涉及对经典光信号的驱动电路进行改造，风险极大，因而压缩经典光脉宽的方法几乎只是可以在理论和实验中进行尝试，在既有经典网络已部署成型的情形下，几乎不具备可操作性。
通过对经典信号和量子信号的波长资源进行再分配，来降低经典光噪声的影响，在新建网络时，或许可以统筹考虑一并实施。但目前通过波分复用的方式部署QKD时，经典网络往往早已建设完毕，其波长资源早已成体系，并处于运转之中，并非允许轻易对其波长资源进行重新分配，因而该方法在实施经典-量子共纤传输时也很难具备可行性。
实用新型内容
为了解决上述已有方案中因经典-量子波分复用导致的不足之处，本申请提出了一种量子通信系统及其发送端和接收端结构，其中，基于已有的经典双纤通信方案，例如IPRAN、SDH以及OTN等双纤通信场景，借助FWDM的特殊性能并结合双纤结构，将用于量子密钥分发的光信号分散于不同光纤上进行传输，保证在不对经典通信设备进行过多“干预”或“处理”的前提下，使量子密钥分发(QKD)设备正常工作，且经典通信设备保持正常无误码运转。
本实用新型的第一方面涉及一种用于量子通信的发送端，其包括第一经典通信设备和第一QKD设备，其中：
所述第一经典通信设备用于输出波长处于第一和第二波段中的一个内的第一经典光信号，以及接收波长处于所述第一和第二波段中的一个内的第二经典光信号；
所述第一QKD设备用于输出波长处于所述第一和第二波段中的另一个内的量子光信号；
所述第一波段为O波段，所述第二波段为S/C/L波段；
所述发送端还包括第一FWDM和第四FWDM，其中：
所述第一FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个用于连接所述第一经典通信设备以接收所述第一经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个用于连接所述第一QKD设备以接收所述量子光信号，且公共端连接第一光纤以允许所述第一经典光信号和量子光信号复用所述第一光纤；
所述第四FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个连接所述第一经典通信设备以向其传输第二经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第一QKD设备以与其进行协商光信号的交互，且公共端连接第二光纤。
进一步地，所述第一FWDM的透射端和反射端分别连接所述第一经典通信设备和第一QKD设备；并且，所述第四FWDM的透射端连接所述第一经典通信设备，反射端用于实现对所述协商光信号的交互。
进一步地，该发送端还可以包括第一波分复用器，且所述协商光信号包括上行协商光和下行协商光，其中：所述第一波分复用器被设置用于允许所述上行和下行协商光信号复用连接于所述第一波分复用器与第四FWDM之间的光纤传输。所述第一波分复用器优选为CWDM。
进一步地，该发送端还可以包括第一和第二光收发单元，其中：所述第一光收发单元用于向所述第一波分复用器发送所述上行协商光信号；所述第二光收发单元用于从所述第一波分复用器接收所述下行协商光信号。所述光收发单元优选为SFP光模块。
进一步地，所述经典光信号的波长处于O波段，所述量子光信号的波长处于S/C/L波段，且所述FWDM具有1260-1360nm的透射带宽和1400-1650nm的反射带宽；或者，所述经典光信号的波长处于S/C/L波段，所述量子光信号的波长处于O波段，且所述FWDM具有1400-1650nm的透射带宽和1260-1360nm的反射带宽。
本实用新型的第二方面涉及一种用于量子通信的接收端，其包括第二经典通信设备和第二QKD设备，其中：所述第二经典通信设备用于输出波长处于第一和第二波段中的一个内的第二经典光信号，以及接收波长处于所述第一和第二波段中的一个内的第一经典光信号；
所述第二QKD设备用于接收波长处于所述第一和第二波段中的另一个内的量子光信号；
所述第一波段为O波段，所述第二波段为S/C/L波段；
所述接收端还包括第二FWDM和第三FWDM，其中：
所述第三FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个用于连接所述第二经典通信设备以向其输出第一经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第二QKD设备以向其输出量子光信号，且公共端连接第一光纤；
所述第二FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个连接所述第二经典通信设备以接收所述第二经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第二QKD设备以与其进行协商光信号的交互，且公共端连接第二光纤。
进一步地，所述第三FWDM的透射端和反射端分别连接所述第二经典通信设备和第二QKD设备；并且，所述第二FWDM的透射端连接所述第二经典通信设备，反射端用于实现对所述协商光信号的交互。
进一步地，该接收端还可以包括第二波分复用器，且所述协商光信号包括上行协商光和下行协商光，其中：所述第二波分复用器被设置用于允许所述上行和下行协商光信号复用连接于所述第二波分复用器与第二FWDM之间的光纤传输。所述第二波分复用器优选为CWDM。
进一步地，该发送端还可以包括第三和第四光收发单元，其中：所述第三光收发单元用于向所述第二波分复用器发送所述下行协商光信号；所述第四光收发单元用于从所述第二波分复用器接收所述上行协商光信号。所述光收发单元优选为SFP光模块。
进一步地，所述经典光信号的波长处于O波段，所述量子光信号的波长处于S/C/L波段，且所述FWDM具有1260-1360nm的透射带宽和1400-1650nm的反射带宽；或者，所述经典光信号的波长处于S/C/L波段，所述量子光信号的波长处于O波段，且所述FWDM具有1400-1650nm的透射带宽和1260-1360nm的反射带宽。
本实用新型的第三方面还涉及一种量子通信系统，其包括上述发送端和接收端，其中：
所述发送端和所述接收端之间连接有第一和第二光纤；
所述第一光纤用于传输第一经典光信号和量子光信号；
所述第二光纤用于传输第二经典光信号和协商光信号。
进一步地，该量子通信系统还可以包括至少一个第一波分复用组件，以及至少一个第二波分复用组件，其中：
所述第一波分复用组件被设置在所述第一和第三FWDM之间的第一光纤上，用于允许将所述第一光纤上的第一经典光信号和量子光信号解复用，以及使所述第一经典光信号和量子光信号再次复用所述第一光纤；
所述第二波分复用组件被设置在所述第二和第四FWDM之间的第二光纤上，用于允许将所述第二光纤上的第二经典光信号和协商光信号解复用，以及使所述第二经典光信号和协商光信号再次复用所述第二光纤。
进一步地，所述第一波分复用组件包括设置于所述第一光纤上的第五和第六FWDM，且所述第五和第六FWDM被设置成允许所述第一经典光信号透射通过，所述量子光信号反射通过；以及/或者，所述第二波分复用组件包括设置于所述第二光纤上的第七和第八FWDM，且所述第七和第八FWDM被设置成允许所述第二经典光信号透射通过，所述协商光信号反射通过。
进一步地，所述第一经典光信号为上行经典光信号；以及/或者，所述第二经典光信号为下行经典光信号；以及/或者，所述量子光信号包括QKD信号光和QKD同步光。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
为了更清楚地说明本实用新型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使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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来获得其他的附图。
图1示出了现有技术中的一种量子通信装置；
图2示出了现有技术中的一种经典-量子波分复用系统；
图3示出了现有技术中的一种共纤传输发送及接收设备；
图4示出了根据本实用新型的量子通信系统及其发送端和接收端的第一示例性实施方式；
图5示出了根据本实用新型的量子通信系统及其发送端和接收端的第二示例性实施方式；
图6示出了根据本实用新型的量子通信系统的第三示例性实施方式。
具体实施方式
在下文中，本实用新型的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本实用新型的精神给本实用新型所属领域的技术人员。因此，本实用新型不限于本文公开的实施例。
根据本实用新型，量子通信系统可以包括发送端和接收端。其中，发送端可以包括第一经典通信设备和第一QKD(量子密钥分发)设备，接收端可以包括第二经典通信设备和第二QKD设备，且第一和第二经典通信设备之间通过第一和第二光纤进行通信。
发明人通过对现有经典双纤通信网络环境下(例如IPRAN、SDH和OTN等)，经典通信设备的波长资源占用情况进行统计分析发现，经典通信设备主要占用光纤通信波长的O波段(1260-1360nm)或者S/C/L波段(1460-1625nm)，并且，上下行经典光信号一般只会占用O波段或S/C/L波段之一。例如，对于OTN通信网络场景，在进行经典通信时，监控光信号的波长为1510nm，同时业务光信号的波长为1528-1567nm，两者仅占用了S/C/L波段中的一部分，未占用O波段。
因此，在该量子通信系统中，经典通信设备可以采用处于第一和第二波段中的一个内的波长，而QKD设备相应地可以采用处于第一和第二波段中的另一个内的波长。第一波段可以为O波段(1260-1360nm)，第二波段可以为S/C/L波段(1460-1625nm)。
在发送端中，还可以包括第一滤波式波分复用器(FWDM)，且该第一FWDM可以被设置成：透射端和反射端中的一个连接第一经典通信设备，以例如接收由第一经典通信设备输出的第一经典光信号，透射端和反射端中的另一个连接第一QKD设备，以例如接收由第一QKD设备输出的量子光信号(其可以包括QKD信号光和QKD同步光)，且公共端连接第一光纤，由此允许第一经典光信号和量子光信号复用第一光纤，从而在第一光纤上共纤传输。
作为优选示例，可以使第一FWDM的透射端和反射端分别连接第一经典通信设备和第一QKD设备。
发送端还可以包括第四FWDM，且该第四FWDM可以被设置成：透射端和反射端中的一个连接第一经典通信设备，以例如向第一经典通信设备传输第二经典光信号，透射端和反射端中的另一个连接第一QKD设备，以例如与其进行协商光信号的交互(例如向第一QKD设备传输下行协商光信号，或者接收上行协商光信号)，且公共端连接第二光纤，由此允许将复用第二光纤的第二经典光信号和协商光信号进行解复用，从而分别从透射端和反射端输出。
作为优选示例，可以使第四FWDM的透射端连接第一经典通信设备，反射端用于实现对协商光信号的交互。
在接收端中，还可以包括第三FWDM，且该第三FWDM可以被设置成：透射端和反射端中的一个连接第二经典通信设备，以例如向第二经典通信设备输出第一经典光信号，透射端和反射端中的另一个连接第二QKD设备，以例如向第二QKD设备输出量子光信号，且公共端连接第一光纤。
作为优选示例，可以使第三FWDM的透射端和反射端分别连接第二经典通信设备和第二QKD设备。
接收端还可以包括第二FWDM，且该第二FWDM可以被设置成：透射端和反射端中的一个连接第二经典通信设备，以例如接收第二经典通信设备输出的第二经典光信号，透射端和反射端中的另一个连接第二QKD设备，以例如与其进行协商光信号的交互(例如向第二QKD设备传输上行协商光信号，或者接收下行协商光信号)，且公共端连接第二光纤。
作为优选示例，可以使第二FWDM的透射端连接第二经典通信设备，反射端用于实现对协商光信号的交互。
优选地，第一和第三FWDM可以具有相同结构，第二和第四FWDM可以具有相同结构。
在该量子通信系统中，借助FWDM和双纤配置，将量子密钥分发过程中的四种光信号，即QKD信号光、QKD同步光、上行协商光和下行协商光均分到上下行光纤中，可以完全去除协商光信号对QKD信号光的影响，使得QKD信号光只受到一路经典光信号的影响，由此消除现有技术存在的上述问题。同时,无需对经典光信号进行任何额外的处理，由此保证量子通信与经典通信之间不发生互扰，有效保证通信质量，同时降低系统复杂性。
此外，由于FWDM的透射端或反射端的通带比较宽，例如透射带宽为1260-1360nm，反射带宽为1400-1650nm，或者透射带宽为1400-1650nm，反射带宽为1260-1360nm，其比现有技术中常用于波分复用的粗波分复用器(CWDM)或密集波分复用器(DWDM)等器件而言，对经典光信号的光谱滤除效应更小，带来的插损更小，不易造成经典通信的误码。
进一步地，由于发送端中的第一QKD设备需要接收下行协商光信号和发送上行协商光信号，因此，发送端还可以包括第一CWDM，用于允许上行协商光信号和下行协商光信号复用连接于第一CWDM和第四FWDM之间的同一光纤，实现在第一CWDM与第四FWDM之间的交互。
此外，发送端还可以包括第一和第二光收发单元，其中，第一光收发单元用于向第一CWDM发送上行协商光信号，第二光收发单元用于从第一CWDM接收下行协商光信号。作为示例，光收发单元可以为SFP光模块。
类似地，由于接收端中的第二QKD设备需要接收上行协商光信号和发送下行协商光信号，因此，接收端还可以包括第二CWDM，用于允许上行协商光信号和下行协商光信号复用连接于第二CWDM和第二FWDM之间的同一光纤，实现在第二CWDM与第二FWDM之间的交互。
接收端还可以包括第三和第四光收发单元，其中，第三光收发单元用于向第二CWDM发送下行协商光信号，第四光收发单元用于从第二CWDM接收上行协商光信号。作为示例，光收发单元可以为SFP光模块。
图4示出了根据本实用新型的量子通信系统及其发送端和接收端的第一示例性实施方式。
如图4所示，第一经典通信设备A和第二经典通信设备B可以采用处于O波段(1260-1360nm)内的波长。相匹配地，第一QKD设备A和第二QKD设备B可以采用S/C/L波段(1460-1625nm)内的波长。
例如，QKD信号光的波长可以为1550nm，QKD同步光的波长可以为1570nm。
可选地，上行协商光信号可以具有1550nm的波长，下行协商光信号可以具有1570nm的波长。
在该实施方式中，第一FWDM和第三FWDM的透射端分别连接第一和第二经典通信设备，反射端分别连接第一和第二QKD设备，且两者公共端通过第一光纤连接。
并且，第四FWDM和第二FWDM的透射端分别连接第一和第二经典通信设备，反射端分别通过第一和第二CWDM与第一和第二QKD设备形成光学连接，以用于协商光信号的交互，且两者公共端通过第二光纤连接。
相应地，第一至第四FWDM可以例如具有1260-1360nm的透射光谱范围，以及1400-1650nm的反射光谱范围，从而允许经典光信号透射通过，量子光信号及协商光信号反射通过。因此，由于宽的透射光谱范围，对于其波长处于1310波段的经典通信设备A和B而言，即使其光谱发生漂移或者展宽，也不会明显增加其损耗，而如现有技术那样采用CWDM或DWDM来替代FWDM，则会带来较大的额外光谱损耗，容易引起经典通信出现误码现象。经测试可知，在本实用新型的量子通信系统中，借助FWDM提供光信号的波分复用和解复用，其引入的总损耗仅1dB左右，对经典通信无明显影响，完全在其功率冗余范围内。由此可见，借助该量子通信系统，可以在不影响经典通信的同时，避免例如协商光对量子光信号的影响，确保量子通信的有效实现。
此外，在此实施方式中，第一和第四光收发单元可以采用1550nm的SFP光模块，第二和第三光收发单元可以采用1570nm的SFP光模块，用于实现第一和第二QKD设备在执行量子密钥分发过程中所需要的协商光信号。
因此，在该量子通信系统中，第一QKD设备输出的波长为1550/1570nm的量子光信号(即QKD信号光和QKD同步光)和第一经典通信设备输出的波长处于1260-1360nm内的第一经典光信号可以通过第一FWDM复用第一光纤，并共纤传输至第三FWDM。然后，借助第三FWDM解复用从而分成两路，其中，第一经典光信号沿一路传输至第二经典通信设备，量子光信号经另一路传输至第二QKD设备。
第二QKD设备输出的波长为1570nm的下行协商光信号借助第二CWDM沿连接于第二FWDM与第二CWDM之间的光纤传输至第二FWDM，并借助第二FWDM与第二经典通信设备输出的第二经典光信号复用第二光纤，并共纤传输至第四FWDM。然后，借助第四FWDM解复用从而分成两路，其中，第二经典光信号沿一路传输至第一经典通信设备，下行协商光信号经连接于第四FWDM与第一CWDM之间的光纤传输至第一CWDM，并借助第一CWDM朝向交换机(SFP光模块)传输。并且，第一QKD设备输出的波长为1550nm的上行协商光信号借助第一CWDM沿连接于第一CWDM与第四FWDM之间的光纤传输至第四FWDM，并借助第四FWDM沿第二光纤传输至第二FWDM。然后，借助第二FWDM沿连接于第二FWDM与第二CWDM之间的光纤传输至第二CWDM，并借助第二CWDM朝向交换机(SFP光模块)传输。
图5示出了根据本实用新型的量子通信系统及其发送端和接收端的第二示例性实施方式。
如图5所示，第一经典通信设备A和第二经典通信设备B可以采用处于S/C/L波段(例如1480-1600nm)内的波长。相匹配地，第一QKD设备A和第二QKD设备B可以采用O波段(1260-1360nm)内的波长。
例如，QKD信号光的波长可以为1310nm，QKD同步光的波长可以为1350nm。
可选地，上行协商光信号可以具有1330nm的波长，下行协商光可以具有1270nm的波长。
第一至第四FWDM可以具有例如1400-1650nm的透射光谱范围，以及1260-1360nm的反射光谱范围，从而允许经典光信号透射通过，量子光信号及协商光信号反射通过。因此，对于1480-1600nm波段内的经典通信设备A、B而言，即使其光谱发生漂移或者展宽，也不会明显增加其损耗，而如现有技术那样采用CWDM或DWDM来替代FWDM，则会带来较大的额外光谱损耗，容易引起经典通信出现误码现象。并且，可以在不影响经典通信的同时，避免例如协商光对量子光信号的影响，确保量子通信的有效实现。
此外，在该实施方式中，第一和第四光收发单元可以采用1330nm的SFP光模块，第二和第三光收发单元可以采用1270nm的SFP光模块，用于实现第一和第二QKD设备在执行量子密钥分发过程中所需要的协商光信号。
图6示出了根据本实用新型的量子通信系统的第三示例性实施方式，其涉及经典光信号在经过某些节点时需要经过光-电-光转换的应用场景。
如图6所示，第三实施方式与第一实施方式的不同之处主要在于：在第一和第三FWDM之间的第一光纤上还设置有至少一个第一波分复用组件，且在第二和第四FWDM之间的第二光纤上还设置有至少一个第二波分复用组件。
在该实施方式中，第一波分复用组件用于允许将第一光纤上的第一经典光信号和量子光信号解复用，以便能够例如在第三经典通信设备中对第一经典光信号进行光-电-光转换，以及将经转换的第一经典光信号和量子光信号合波复用，输入并在第一光纤上传输。
具体而言，第一波分复用组件可以包括设置于第一光纤上的第五和第六FWDM，其中：第五和第六FWDM可以允许第一经典光信号透射通过，QKD信号光和QKD同步光反射通过。
因此，在第一波分复用组件中，第五和第六FWDM的透射端可以借助第一光纤(其上设有例如第三经典通信设备等其他经典通信设备)形成光学连接，反射端则通过另一光纤连接，以避免量子光信号受到影响。
第二波分复用组件用于允许将第二光纤上的第二经典光信号和协商光信号解复用，以便能够例如在第三经典通信设备中对第二经典光信号进行光-电-光转换，以及将经转换的第二经典光信号和协商光信号合波复用，输入并在第二光纤上传输。
具体而言，第二波分复用组件可以包括设置于第二光纤上的第七和第八FWDM，其中：第七和第八FWDM可以允许第二经典光信号透射通过，协商光信号反射通过。
因此，在第二波分复用组件中，第七和第八FWDM的透射端可以借助第二光纤(其上设有例如第三经典通信设备等其他经典通信设备)形成光学连接，反射端则通过另一光纤连接，以避免量子光受到影响。
由此，例如可以允许经典光信号在传输过程中经过一些节点时，在例如第三经典通信设备等设备中进行必要地光-电-光转换，同时不会影响量子光信号。
本领域技术人员容易理解，作为优选示例，设置于第一光纤上的第五和第六FWDM可以具有彼此相同的结构，设置于第二光纤上的第七和第八FWDM也可以具有彼此相同的结构。
由上文可知，本实用新型通过充分利用经典双纤通信应用环境，巧妙地借助FWDM器件将用于量子密钥分发中的QKD信号光、QKD同步光以及上行和下行协商光信号均分到两个光纤中传输，避免所有四路信号在同一光纤中传输时，QKD信号光受到的拉曼噪声影响。其中，由于FWDM器件相对常规的CWDM或DWDM合波和分波器件，具有光谱透过率高、插损小等特点，允许经典光信号通过的波长范围更宽，因此，经典光信号的波长在一定范围内出现波动也不会受到器件带宽影响，不易造成经典通信的误码，有效增加了波分复用系统的稳定性，进而提高了量子通信系统及其发送端和接收端的稳定性。
借助本实用新型，在城域网的特定经典通信传输距离下(如10km)，仅需在既有经典通信光纤收发端串入FWDM器件，QKD设备制造商根据FWDM器件性能适配相关接口及波段，即可实现经典-量子信号共纤传输，FWDM器件仅增加少量链路损耗(典型约为1dB左右)，不需要对经典光进行光强衰减、脉宽调整等操作，避免对经典光通信造成误码等风险，既有网络中的通信业务及QKD协商效率不会受到影响，尤其有利于量子通信网络的布设和应用，特别适用于SDH、IPRAN或OTN等经典双纤通信业务场景下。
尽管前面结合附图通过具体实施例对本实用新型进行了说明，但是，本领域技术人员容易认识到，上述实施例仅仅是示例性的，用于说明本实用新型的原理，其并不会对本实用新型的范围造成限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种组合、修改和等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围。
Claims (18)
1.一种用于量子通信的发送端，其包括第一经典通信设备和第一QKD设备，其中：
所述第一经典通信设备用于输出波长处于第一和第二波段中的一个内的第一经典光信号，以及接收波长处于所述第一和第二波段中的一个内的第二经典光信号；
所述第一QKD设备用于输出波长处于所述第一和第二波段中的另一个内的量子光信号；
所述第一波段为O波段，所述第二波段为S/C/L波段；
所述发送端还包括第一FWDM和第四FWDM，其中：
所述第一FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个用于连接所述第一经典通信设备以接收所述第一经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个用于连接所述第一QKD设备以接收所述量子光信号，且公共端连接第一光纤以允许所述第一经典光信号和量子光信号复用所述第一光纤；
所述第四FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个连接所述第一经典通信设备以向其传输第二经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第一QKD设备以与其进行协商光信号的交互，且公共端连接第二光纤。
2.如权利要求1所述的发送端，其中：
所述第一FWDM的透射端和反射端分别连接所述第一经典通信设备和第一QKD设备；并且，
所述第四FWDM的透射端连接所述第一经典通信设备，反射端用于实现对所述协商光信号的交互。
3.如权利要求1所述的发送端，其还包括第一波分复用器，且所述协商光信号包括上行协商光和下行协商光，其中：
所述第一波分复用器被设置用于允许所述上行和下行协商光信号复用连接于所述第一波分复用器与第四FWDM之间的光纤传输。
4.如权利要求3所述的发送端，其中，所述第一波分复用器为CWDM。
5.如权利要求3或4所述的发送端，其还包括第一和第二光收发单元，其中：
所述第一光收发单元用于向所述第一波分复用器发送所述上行协商光信号；
所述第二光收发单元用于从所述第一波分复用器接收所述下行协商光信号。
6.如权利要求5所述的发送端，其中，所述光收发单元为SFP光模块。
7.如权利要求1所述的发送端，其中：
所述经典光信号的波长处于O波段，所述量子光信号的波长处于S/C/L波段，且所述FWDM具有1260-1360nm的透射带宽和1400-1650nm的反射带宽；或者，
所述经典光信号的波长处于S/C/L波段，所述量子光信号的波长处于O波段，且所述FWDM具有1400-1650nm的透射带宽和1260-1360nm的反射带宽。
8.一种用于量子通信的接收端，其包括第二经典通信设备和第二QKD设备，其中：
所述第二经典通信设备用于输出波长处于第一和第二波段中的一个内的第二经典光信号，以及接收波长处于所述第一和第二波段中的一个内的第一经典光信号；
所述第二QKD设备用于接收波长处于所述第一和第二波段中的另一个内的量子光信号；
所述第一波段为O波段，所述第二波段为S/C/L波段；
所述接收端还包括第二FWDM和第三FWDM，其中：
所述第三FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个用于连接所述第二经典通信设备以向其输出第一经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第二QKD设备以向其输出量子光信号，且公共端连接第一光纤；
所述第二FWDM被设置成，透射端和反射端中的一个连接所述第二经典通信设备以接收所述第二经典光信号，所述透射端和反射端中的另一个连接所述第二QKD设备以与其进行协商光信号的交互，且公共端连接第二光纤。
9.如权利要求8所述的接收端，其中：
所述第三FWDM的透射端和反射端分别连接所述第二经典通信设备和第二QKD设备；并且，
所述第二FWDM的透射端连接所述第二经典通信设备，反射端用于实现对所述协商光信号的交互。
10.如权利要求8所述的接收端，其还包括第二波分复用器，且所述协商光信号包括上行协商光和下行协商光，其中：
所述第二波分复用器被设置用于允许所述上行和下行协商光信号复用连接于所述第二波分复用器与第二FWDM之间的光纤传输。
11.如权利要求10所述的接收端，其中，所述第二波分复用器为CWDM。
12.如权利要求10或11所述的接收端，其还包括第三和第四光收发单元，其中：
所述第三光收发单元用于向所述第二波分复用器发送所述下行协商光信号；
所述第四光收发单元用于从所述第二波分复用器接收所述上行协商光信号。
13.如权利要求12所述的接收端，其中，所述光收发单元为SFP光模块。
14.如权利要求8所述的接收端，其中：
所述经典光信号的波长处于O波段，所述量子光信号的波长处于S/C/L波段，且所述FWDM具有1260-1360nm的透射带宽和1400-1650nm的反射带宽；或者，
所述经典光信号的波长处于S/C/L波段，所述量子光信号的波长处于O波段，且所述FWDM具有1400-1650nm的透射带宽和1260-1360nm的反射带宽。
15.一种量子通信系统，其包括如权利要求1-7中任一项所述的发送端，以及如权利要求8-14中任一项所述的接收端，其中：
所述发送端和所述接收端之间连接有第一和第二光纤；
所述第一光纤用于传输第一经典光信号和量子光信号；
所述第二光纤用于传输第二经典光信号和协商光信号。
16.如权利要求15所述的量子通信系统，其还包括至少一个第一波分复用组件，以及至少一个第二波分复用组件，其中：
所述第一波分复用组件被设置在所述第一和第三FWDM之间的第一光纤上，用于允许将所述第一光纤上的第一经典光信号和量子光信号解复用，以及使所述第一经典光信号和量子光信号再次复用所述第一光纤；
所述第二波分复用组件被设置在所述第二和第四FWDM之间的第二光纤上，用于允许将所述第二光纤上的第二经典光信号和协商光信号解复用，以及使所述第二经典光信号和协商光信号再次复用所述第二光纤。
17.如权利要求16所述的量子通信系统，其中：
所述第一波分复用组件包括设置于所述第一光纤上的第五和第六FWDM，且所述第五和第六FWDM被设置成允许所述第一经典光信号透射通过，所述量子光信号反射通过；以及/或者，
所述第二波分复用组件包括设置于所述第二光纤上的第七和第八FWDM，且所述第七和第八FWDM被设置成允许所述第二经典光信号透射通过，所述协商光信号反射通过。
18.如权利要求15所述的量子通信系统，其中：
所述第一经典光信号为上行经典光信号；以及/或者，
所述第二经典光信号为下行经典光信号；以及/或者，
所述量子光信号包括QKD信号光和QKD同步光。
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|---|---|---|---|---|
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