DE102021212275A1

DE102021212275A1 - Wireless communication nodes with quantum keys

Info

Publication number: DE102021212275A1
Application number: DE102021212275.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Noack; Frank Deicke
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2023-05-04

Abstract

Ein drahtloser Kommunikationsknoten umfasst einen drahtlosen Transceiver, der ausgebildet ist, um eine drahtlose Kommunikation in einem Kommunikationsbereich bereitzustellen. Ferner ist eine Quantenschlüsselaustausch-Einrichtung, QKD-Einrichtung, vorgesehen, die ausgebildet ist, um einen ersten Quantenschlüssel mit einem ersten Kommunikationspartner zu erzeugen und um einen zweiten Quantenschlüssel mit einem zweiten Kommunikationspartner zu erzeugen. Der drahtlose Kommunikationsknoten ist ausgebildet, um unter Verwendung des ersten Quantenschlüssels eine erste verschlüsselte Kommunikation mit dem ersten Kommunikationspartner aufzubauen und unter Verwendung des zweiten Quantenschlüssels eine zweite verschlüsselte Kommunikation mit dem zweiten Kommunikationspartner aufzubauen, und um die erste verschlüsselte Kommunikation und die zweite verschlüsselte Kommunikation simultan zu betreiben.A wireless communication node includes a wireless transceiver configured to provide wireless communication in a communication range. Furthermore, a quantum key exchange device, QKD device, is provided, which is designed to generate a first quantum key with a first communication partner and to generate a second quantum key with a second communication partner. The wireless communication node is designed to establish a first encrypted communication with the first communication partner using the first quantum key and to establish a second encrypted communication with the second communication partner using the second quantum key, and to simultaneously transmit the first encrypted communication and the second encrypted communication operate.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf drahtlose und insbesondere optisch-drahtlose Kommunikationsknoten, die Quantenschlüssel erzeugen, auf ein drahtloses Kommunikationssystem mit derartigen Kommunikationsknoten und auf Verfahren zum Erzeugen von Quantenschlüsseln. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Vorrichtungen für Quanten-LiFi (Light Fidelity, Datenübertragung vermittels Licht).The present invention relates to wireless and in particular optical wireless communication nodes that generate quantum keys, to a wireless communication system with such communication nodes and to methods for generating quantum keys. More particularly, the present invention relates to devices for quantum LiFi (Light Fidelity, data transmission by means of light).

Optisch-drahtlose Datenkommunikation wird in den meisten Fällen als ein gezielter Punkt-zu-Punkt-Datenlink mit teilweise sehr fragilem Ausrichtungsverhalten interpretiert. Diese sogenannten Free-Space-Optik-Systeme, wie sie beispielsweise in der US 2002/114 044 A1 beschrieben sind, dienen zur drahtlosen Verbindung zweier weit entfernter Kommunikationsteilnehmer. Ein anderer bekannter Anwendungsfall für optisch-drahtlose Kommunikation ist die sogenannte IrDA-Kommunikation, bei der sehr kleine Infrarottransceiver als eine Art Steckerersatz für die Datenkommunikation über sehr kurze Strecken verwendet wird, siehe hierzu beispielsweise www.irda.org. Auch hier handelt es sich um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Über dies hat sich in den letzten Jahren das Interesse an optischer Datenkommunikation insbesondere aufgrund der begrenzten Bandbreitenverfügbarkeit etablierter Funkkommunikationssysteme deutlich erhöht.In most cases, optical wireless data communication is interpreted as a targeted point-to-point data link with sometimes very fragile alignment behavior. These so-called free-space optics systems, such as those in the US 2002/114 044 A1 are described, are used for the wireless connection of two distant communication participants. Another well-known application for optical wireless communication is the so-called IrDA communication, in which very small infrared transceivers are used as a kind of plug replacement for data communication over very short distances, see for example www.irda.org. This is also a point-to-point connection. In addition, interest in optical data communication has increased significantly in recent years, in particular due to the limited bandwidth availability of established radio communication systems.

In IEEE und ITU gibt es Standardisierungsbestrebungen, die die Datenübertragung mit Licht auch für flexible Punkt-zu-Multipunkt-Szenarien diskutieren, siehe hierzu beispielsweise ITU-T G.9991, IEEE 802.15.13, IEEE 802.11bb.There are standardization efforts in IEEE and ITU that also discuss data transmission with light for flexible point-to-multipoint scenarios, see for example ITU-T G.9991, IEEE 802.15.13, IEEE 802.11bb.

Es besteht ein Bedarf an sicherer LiFi-Datenübertragung.There is a need for secure LiFi data transmission.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die LiFi-Datenkommunikation abzusichern.One object of the present invention is therefore to secure the LiFi data communication.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine LiFi-Datenkommunikation beziehungsweise eine optisch-drahtlose Datenübertragung vermittels eines Quantenschlüssels abgesichert werden kann, der insbesondere mit dem in einem Abdeckbereich der optisch-drahtlosen Kommunikation befindlichen Kommunikationspartner direkt vermittels eines entsprechenden Signalaustausches erzeugt wird. Es wurde ferner erkannt, dass vergleichbare Vorteile auch im Bereich der funkwellenbasierten Kommunikation erhalten werden können.According to the invention, it was recognized that LiFi data communication or optical-wireless data transmission can be secured using a quantum key, which is generated directly by means of a corresponding signal exchange with the communication partner located in a coverage area of the optical-wireless communication. It was further recognized that comparable advantages can also be obtained in the area of radio wave-based communication.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein drahtloser Kommunikationsknoten einen drahtlosen Transceiver, der ausgebildet ist, um eine drahtlose Kommunikation in einem Kommunikationsbereich bereitzustellen. Der drahtlose Kommunikationsknoten umfasst eine QKD-Einrichtung (QKD = Quantum-Key-Distribution, Quantenschlüsselaustausch), die ausgebildet ist, um einen ersten Quantenschlüssel mit einem ersten Kommunikationspartner zu erzeugen, und um einen zweiten Quantenschlüssel mit einem zweiten Kommunikationspartner zu erzeugen. Der drahtlose Kommunikationsknoten ist ausgebildet, um unter Verwendung des ersten Quantenschlüssels eine erste verschlüsselte Kommunikation mit dem ersten Kommunikationspartner aufzubauen und unter Verwendung des zweiten Quantenschlüssels eine zweite verschlüsselte Kommunikation mit dem zweiten Kommunikationspartner aufzubauen, und um die erste verschlüsselte Kommunikation und die zweite verschlüsselte Kommunikation simultan zu betreiben. Dies ermöglicht die simultane, das heißt beispielsweise zeitgleiche oder vermittels eines Multiplexverfahrens auch im Zeitmehrfachbetrieb ausgeführte Kommunikation mit mehreren Kommunikationspartnern, wobei jede dieser Kommunikationskanäle individuell abgesichert sein kann und zwar mittels eines vergleichsweise sicheren Quantenschlüssels.According to one embodiment, a wireless communication node includes a wireless transceiver configured to provide wireless communication in a communication range. The wireless communication node comprises a QKD device (QKD=Quantum Key Distribution, quantum key exchange) which is configured to generate a first quantum key with a first communication partner and to generate a second quantum key with a second communication partner. The wireless communication node is designed to establish a first encrypted communication with the first communication partner using the first quantum key and to establish a second encrypted communication with the second communication partner using the second quantum key, and to simultaneously transmit the first encrypted communication and the second encrypted communication operate. This allows for simultaneous communication, ie, for example, at the same time or by means of a multiplex method in time-division multiple operation, with several communication partners, each of these communication channels being able to be protected individually by means of a comparatively secure quantum key.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein drahtloser Kommunikationsknoten mit einem drahtlosen Transceiver zur Bereitstellung einer drahtlosen Kommunikation in einem Kommunikationsbereich ausgestattet. Ferner ist eine QKD-Einrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, um vermittels eines optischen Signals einen Quantenschlüssel mit einem Kommunikationspartner zu erzeugen. Ferner ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, um den drahtlosen Transceiver zu steuern, um ein Sendesignal mit dem drahtlosen Transceiver in den Kommunikationsbereich auszusenden, und um ein mit dem drahtlosen Transceiver auf das Sendesignal hin empfangenes und von dem Kommunikationspartner ausgesendetes Empfangssignal auszuwerten, um eine Positionsinformation zu erhalten, die eine Position des Kommunikationspartners in dem Kommunikationsbereich angibt. Die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, um die QKD-Einrichtung basierend auf der Positionsinformation zu steuern, um das optische Signal auf die Position des Kommunikationspartners zu richten, und um den Quantenschlüssel mit dem Kommunikationspartner an der Position zu erzeugen.According to another embodiment, a wireless communication node is equipped with a wireless transceiver for providing wireless communication in a communication area. Furthermore, a QKD device is provided, which is designed to generate a quantum key with a communication partner by means of an optical signal. Furthermore, a control device is provided, which is designed to control the wireless transceiver in order to emit a transmission signal with the wireless transceiver into the communication area, and to evaluate a reception signal received with the wireless transceiver in response to the transmission signal and transmitted by the communication partner in order to to obtain position information indicating a position of the communication partner in the communication area. The control device is configured to control the QKD device based on the position information, to direct the optical signal to the position of the communication partner, and to generate the quantum key with the communication partner at the position.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein drahtloser Kommunikationsknoten, der beispielsweise mit dem ersten Ausführungsbeispiel zusammenwirken kann, einen drahtlosen Transceiver, der ausgebildet ist, um eine drahtlose Kommunikation bereitzustellen. Der drahtlose Kommunikationsknoten umfasst eine QKD-Einrichtung, die ausgebildet ist, um vermittels eines optischen Signals einen Quantenschlüssel mit dem Kommunikationspartner zu erzeugen. Der drahtlose Kommunikationsknoten ist ausgebildet, um ein drahtloses Signal zu empfangen und auszuwerten, und um ein Antwortsignal an einen Sender des drahtlosen Signals mit dem drahtlosen Transceiver zurückzusenden, das eine Positionsinformation des drahtlosen Kommunikationsknotens aufweist.According to one embodiment, a wireless communication node that can interact with the first embodiment, for example, includes a wireless transceiver that is configured to wirelessly communicate to provide. The wireless communication node includes a QKD device that is designed to generate a quantum key with the communication partner using an optical signal. The wireless communication node is designed to receive and evaluate a wireless signal and to send back a response signal to a transmitter of the wireless signal with the wireless transceiver, which response signal has position information of the wireless communication node.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein drahtloses System mit derartigen drahtlosen Kommunikationsknoten und auf Verfahren zur drahtlosen Kommunikation sowie auf ein Computerprogramm.Further exemplary embodiments relate to a wireless system with such wireless communication nodes and to methods for wireless communication and to a computer program.

Weitere Ausführungsbeispiele sind der Gegenstand abhängiger Patentansprüche.Further embodiments are the subject of dependent claims.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationsknotens gemäß einem Ausführungsbeispiel, der ausgebildet ist um ein QKD-Signal auszurichten;
3 ein schematisches Blockschaltbild eines optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens gemäß einem Ausführungsbeispiel, der beispielsweise als Kommunikationspartner des optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens aus 1 und/oder 2 betrieben werden kann;
4 eine schematische Darstellung eines optisch-drahtlosen Kommunikationssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
5 eine schematische funktionelle Darstellung miteinander verbundener Funktionen eines optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Preferred embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings. show:

1 a schematic block diagram of an optical wireless communication node according to an embodiment;
2 a schematic block diagram of a communication node according to an embodiment, which is designed to align a QKD signal;
3 a schematic block diagram of an optical wireless communication node according to an embodiment, for example, as a communication partner of the optical wireless communication node 1 and or 2 can be operated;
4 a schematic representation of an optical wireless communication system according to an embodiment; and
5 a schematic functional representation of interconnected functions of an optical wireless communication node according to an embodiment.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical elements, objects and/or structures that have the same function or have the same effect are provided with the same reference symbols in the different figures, so that the elements shown in different exemplary embodiments Description of these elements is interchangeable or can be applied to each other.

Nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Details beschrieben. Ausführungsbeispiele können jedoch auch ohne diese detaillierten Merkmale implementiert werden. Des Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Verständlichkeit wegen unter Verwendung von Blockschaltbildern als Ersatz einer Detaildarstellung beschrieben. Ferner können Details und/oder Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele ohne Weiteres mit einander kombiniert werden, solange es nicht explizit gegenteilig beschrieben ist.Exemplary embodiments described below are described in connection with a large number of details. However, example embodiments can also be implemented without these detailed features. Furthermore, for the sake of comprehensibility, exemplary embodiments are described using block diagrams as a substitute for a detailed illustration. Furthermore, details and/or features of individual exemplary embodiments can be combined with one another without further ado, as long as it is not explicitly described to the contrary.

Manche der hierin erläuterten Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit optisch-drahtloser Kommunikation erläutert, wofür auch der sogleich erläuterte Begriff LiFi verwendet wird. Diese wird gemäß Ausführungsbeispielen in Kombination mit der Erzeugung von Quantenschlüsseln, also kryptographischen Schlüsseln die unter Verwendung von quantenbasierten Ansätzen erstellt werden, kombiniert. Die dadurch erhaltenen Vorteile sind auch in anderen Bereichen der drahtlosen Kommunikation einsetzbar, sodass die beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht auf die optisch-drahtlose Kommunikation beschränkt sind, sondern auch in anderen Bereichen der drahtlosen Kommunikation umgesetzt werden können, bspw. im Bereich der Funkwellenkommunikation im Frequenzbereich ab ca. 800 MHz, wobei sich insbesondere Frequenzen und Techniken zur Strahlformung oder Beamforming eignen, wie es bspw. im Frequenzband ab 4 GHz möglich ist aber auch bei höheren Frequenzen von zumindest 40 GHz, beispielsweise in etwa 50 GHz oder im 60 GHz-Bereich. Auch wenn Einrichtungen zur aktiven Richtfunkübertragung, also dem Beamforming bevorzugt sind, können auch mechanische Einrichtungen, etwa Antennengehäuse zur Strahlformung genutzt werden.Some of the exemplary embodiments explained herein are explained in connection with optical-wireless communication, for which the term LiFi, which is explained immediately, is also used. According to exemplary embodiments, this is combined with the generation of quantum keys, ie cryptographic keys that are generated using quantum-based approaches. The advantages obtained in this way can also be used in other areas of wireless communication, so that the exemplary embodiments described are not limited to optical wireless communication, but can also be implemented in other areas of wireless communication, e.g. in the field of radio wave communication in the frequency range from approx 800 MHz, with frequencies and techniques for beam shaping or beamforming being particularly suitable, as is possible, for example, in the frequency band from 4 GHz, but also at higher frequencies of at least 40 GHz, for example around 50 GHz or in the 60 GHz range. Even if devices for active directional radio transmission, i.e. beamforming, are preferred, mechanical devices such as antenna housings can also be used for beamforming.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können somit alternativ oder zusätzlich zu optisch-drahtloser Kommunikation auch Funkwellenlängen genutzt werden, insbesondere jene, die für eine Richtfunkübertragung besonders gut geeignet sind, etwa unter Verwendung sogenannter Beamforming-Techniken.According to embodiments of the present invention, radio wavelengths can thus also be used as an alternative or in addition to optical wireless communication, in particular those that are particularly well suited for directional radio transmission, for example using so-called beamforming techniques.

Nachfolgende Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine optisch-drahtlose Signalübertragung oder Datenübertragung. Diese wird im Rahmen der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele auch als LiFi (Light Fidelity; Lichtübertragung) bezeichnet. Der Begriff „LiFi“ bezieht sich dabei auf die Begriffe wie IrDA (Infrared Data Association) oder OWC (Optical Wireless Communication; optische drahtlose Kommunikation). Das bedeutet, die Ausdrücke „optisch-drahtlose Datenübertragung“ und „LiFi“ werden synonym verwendet. Als optisch-drahtlose Datenübertragung wird hierbei verstanden, ein elektromagnetisches Signal durch ein freies Übertragungsmedium, beispielsweise Luft oder ein anderes Fluid, zu übertragen. Hierfür können beispielsweise Wellenlängen in einem ultravioletten (UV) Bereich mit zumindest 53 nm und dem Infrarotbereich, beispielsweise höchstens 1550 nm verwendet werden, wobei auch andere Wellenlängen möglich sind, die sich von für Funkstandards benutzten Wellenlängen unterscheiden. Eine optisch-drahtlose Datenübertragung ist auch von einer fasergebundenen optischen Datenübertragung zu unterscheiden, die beispielsweise mittels Lichtwellenleiter oder Lichtwellenleiterkabel implementiert wird.The following exemplary embodiments relate to optical-wireless signal transmission or data transmission. Within the scope of the exemplary embodiments described herein, this is also referred to as LiFi (Light Fidelity; light transmission). The term "LiFi" refers to terms such as IrDA (Infrared Data Association) or OWC (Optical Wireless Communication; optical wireless communication). This means that the terms "optical wireless data transmission" and "LiFi" are used synonymously. As optical-wireless data transmission is understood here, an elec transmit a romagnetic signal through a free transmission medium such as air or other fluid. For this purpose, for example, wavelengths in an ultraviolet (UV) range with at least 53 nm and the infrared range, for example at most 1550 nm, can be used, with other wavelengths being possible that differ from the wavelengths used for radio standards. Optical-wireless data transmission is also to be distinguished from fiber-bound optical data transmission, which is implemented, for example, by means of optical fibers or optical fiber cables.

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieser umfasst einen optisch-drahtlosen Transceiver 12, der ausgebildet ist, um eine optisch-drahtlose Kommunikation in einem Kommunikationsbereich 14 bereitzustellen. Eine anders gestaltete drahtlose Kommunikation, etwa eine funkwellenbasierte Kommunikation kann bspw. durch Ausgestaltung des Transceivers 12 als Funkwellen-Transceiver ermöglicht werden, wobei hierzu insbesondere lokale Drahtlosnetzwerke bspw. sogenannte drahtlose Netzwerke (Wireless Local Access Networks, WLAN/WiFi®), oder lokale Funknetzwerke etwa ab 5G zählen, für die der Transceiver eingerichtet sein kann. 1 FIG. 1 shows a schematic block diagram of an optical wireless communication node 10 according to an embodiment. This includes an optical wireless transceiver 12 which is designed to provide optical wireless communication in a communication area 14 . A different type of wireless communication, such as radio wave-based communication, can be made possible, for example, by configuring the transceiver 12 as a radio wave transceiver, with local wireless networks, for example so-called wireless networks (Wireless Local Access Networks, WLAN/WiFi®), or local radio networks being used for this purpose count from about 5G, for which the transceiver can be set up.

Der Kommunikationsbereich 14 kann so verstanden werden, dass in dem Kommunikationsbereich 14 ein drahtloses, etwa ein optisch-drahtloses Signal von einem Kommunikationspartner empfangen werden kann und/oder ein aus dem Kommunikationsbereich 14 von einem Kommunikationspartner ausgesendetes drahtloses oder optisch-drahtloses Signal 18 empfangen werden kann. Vereinfacht ausgedrückt, kann der Kommunikationsbereich 14 der Sichtbereich oder Ausleuchtungsbereich des optisch-drahtlosen Transceivers 12 umfassen.The communication area 14 can be understood in such a way that in the communication area 14 a wireless, for example an optically wireless signal can be received from a communication partner and/or a wireless or optically wireless signal 18 transmitted by a communication partner from the communication area 14 can be received . In simple terms, the communication range 14 may include the field of view or footprint of the optical wireless transceiver 12 .

Der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 10 umfasst eine QKD-Einrichtung 22. Die Abkürzung QKD steht dabei für den englischen Begriff Quantum-Key-Distribution, das heißt einen Quantenschlüsselaustausch. So kann unter Verwendung eines optischen Signals 26₁ ein erster Quantenschlüssel 28₁ mit einem Kommunikationspartner 24₁ erzeugt werden, das bedeutet, der Quantenschlüssel 28₁ wird sowohl mit dem optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 10 als auch mit dem Kommunikationspartner 24₁ zur weiteren Verwendung erzeugt. Darüber hinaus kann mit einem hiervon verschiedenen optischen Signal 26₂ ein weiterer Quantenschlüssel 28₂ mit einem anderen Kommunikationspartner 24₂ erzeugt werden, so dass für die Kommunikation zu beiden Kommunikationspartnern 24₁ und 24₂ voneinander verschiedene Quantenschlüssel vorliegen.The optical wireless communication node 10 includes a QKD device 22. The abbreviation QKD stands for the English term Quantum Key Distribution, ie a quantum key exchange. A first quantum key 28 ₁ can thus be generated with a communication partner 24 ₁ using an optical signal 26 ₁ , which means that the quantum key 28 ₁ is generated both with the optical wireless communication node 10 and with the communication partner 24 ₁ for further use. In addition, a further quantum key 28 ₂ with a different communication partner 24 ₂ can be generated with a different optical signal 26 ₂ , so that there are different quantum keys for communication with the two communication partners 24 ₁ and 24 ₂ .

Die QKD-Einrichtung 22 kann beispielsweise einen Laser oder dergleichen umfassen, um das optische Signal 26 auszusenden, wobei das optische Signal 26 mit dem Begriff eines QKD-Kanals synonym verwendet wird.For example, the QKD device 22 may include a laser or the like to emit the optical signal 26, where the optical signal 26 is used interchangeably with the term QKD channel.

Der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 10 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Quantenschlüssels 28₁ eine Kommunikation mit dem Kommunikationspartner 24₁ in Senderichtung und/oder Empfangsrichtung zu verschlüsseln. Simultan kann eine Kommunikation mit dem Kommunikationspartner 24₂ eingerichtet und betrieben werden und selbige mit dem Quantenschlüssel 28₂ verschlüsselt werden. Die verschlüsselte Kommunikation kann dabei vermittels des optisch-drahtlosen Transceivers 12 erfolgen, aber auch auf anderen Kanälen, beispielsweise einem Mobilfunkstandard-aufbauend oder einem drahtlosen Netzwerk oder beliebigen anderen Kanälen. Als simultane Kommunikation wird dabei eine sogenannte parallele oder zeitgleiche Kommunikation in überlappenden Zeitintervallen verstanden, wobei dies bspw. auch ein Zeitmultiplex- (Time Division Multiplex, TDM), ein Frequenzmultiplex- (Frequency Division Multiplex, FDM), ein Polarisationsmultiplexverfahren und/oder ein räumliches Multiplexverfahren umfassen kann. Insbesondere im Bereich des Zeitmultiplexverfahrens wird darauf hingewiesen, dass dies zwar eine zeitlich iterierende und verschränkte Kommunikation mit jeweils einem Kommunikationspartner umfassen kann, dass im weiteren aber dennoch mehrere Kommunikationskanäle parallel betrieben werden. Darüber hinaus können die unterschiedlichen Multiplexverfahren auch miteinander kombiniert werden.The optically wireless communication node 10 is designed to encrypt a communication with the communication partner 24 ₁ in the transmission direction and/or reception direction using the quantum key 28 ₁ . At the same time, communication with the communication partner 24 ₂ can be set up and operated and the same can be encrypted with the quantum key 28 ₂ . The encrypted communication can take place by means of the optical wireless transceiver 12, but also on other channels, for example based on a mobile radio standard or a wireless network or any other channels. Simultaneous communication is understood to mean a so-called parallel or simultaneous communication in overlapping time intervals, whereby this also includes, for example, a time division multiplex (TDM), a frequency division multiplex (FDM), a polarization division multiplex method and/or a spatial May include multiplexing. Particularly in the area of time-division multiplexing, it is pointed out that although this can involve time-iterating and interleaved communication with one communication partner in each case, several communication channels are nevertheless operated in parallel. In addition, the different multiplex methods can also be combined with one another.

Auch wenn die Verwendung der Quantenschlüssel 28₁ und 28₂ für die optisch-drahtlose Kommunikation des optisch-drahtlosen Transceivers nicht zwingend erforderlich ist, so kann dennoch insbesondere hierfür der Vorteil erhalten werden, dass unterschiedliche sich gleichzeitig in dem Kommunikationsbereich 14 befindliche Kommunikationspartner 24₁ und 24₂ mit jeweils abgesicherten Kommunikationskanälen versorgt werden können. Das bedeutet, selbst wenn ein Kommunikationspartner 24₁ oder 24₂ ein Signal des jeweiligen anderen Kommunikationspartners 24₂ beziehungsweise 24₁ empfängt, so ist der Inhalt dieses Signals unbrauchbar und vor einem Abhören gesichert.Even if the use of the quantum key 28 ₁ and 28 ₂ for the optical wireless communication of the optical wireless transceiver is not absolutely necessary, the advantage can still be obtained for this in particular that different communication partners 24 ₁ and 24 ₂ can be supplied with secured communication channels. This means that even if a communication partner 24 ₁ or 24 ₂ receives a signal from the respective other communication partner 24 ₂ or 24 ₁ , the content of this signal is unusable and protected against eavesdropping.

Obwohl lediglich zwei Kommunikationspartner 24₁ und 24₂ dargestellt sind, kann das Erzeugen von Quantenschlüsseln auch mit einer höheren Anzahl von Kommunikationspartnern ausgeführt werden. Dabei kann es im Rahmen der Systemauslegung eingestellt werden, wie oft ein Quantenschlüssel beispielsweise zu erneuern ist, was damit eine Obergrenze der Kommunikationspartner mit bestimmten kann. Es kann dabei vorteilhaft sein, für das Erzeugen der Quantenschlüssel 28₁, 28₂ mit unterschiedlichen Kommunikationspartnern 24₁, 24₂ dieselbe Lichtquelle der QKD-Einrichtung zu verwenden, so dass beispielsweise das optische Signal 26₁ zu einem ersten Zeitpunkt oder in einem ersten Zeitintervall auf den Kommunikationspartner 24₁ gerichtet ist und zu einem hiervon verschiedenen Zeitintervall oder zu einem hiervon verschiedenen Zeitpunkt als optisches Signal 26₂ auf den Kommunikationspartner 24₂, um mit dem Kommunikationspartner 24₂ den Quantenschlüssel 28₂ zu erzeugen. Auch wenn die Quantenschlüssel 28₁ und 28₂ zu unterschiedlichen Zeitpunkten, Zeiträumen oder dergleichen erzeugt werden können, so kann die QKD-Einrichtung 22 ausgebildet sein, um die Quantenschlüssel 28₁, 28₂ und gegebenenfalls weitere Quantenschlüssel unter Verwendung eines Multiplexverfahrens zu erzeugen. So können beispielsweise unterschiedliche Wellenlängen des optischen Signals 26₁/26₂, unterschiedliche Zeitintervalle im Rahmen eines TDM-Verfahrens, unterschiedliche räumliche Bereich im Rahmen eines Raummultiplexverfahrens und/oder andere Multiplexverfahren genutzt werden.Although only two communication partners 24 ₁ and 24 ₂ are shown, the generation of quantum keys can also be carried out with a larger number of communication partners. It can be set as part of the system design, how often a quantum key, for example, is to be renewed, which can thus impose an upper limit on the communication partners with certain. It can be advantageous to use the same light source of the QKD device for generating the quantum keys 28 ₁ , 28 ₂ with different communication partners 24 ₁ , 24 ₂ , so that, for example, the optical signal 26 ₁ can be emitted at a first point in time or in a first time interval is aimed at the communication partner 24 ₁ and at a different time interval or at a different point in time as an optical signal 26 ₂ to the communication partner 24 ₂ in order to generate the quantum key 28 ₂ with the communication partner 24 ₂ . Even if the quantum keys 28 ₁ and 28 ₂ can be generated at different points in time, periods of time or the like, the QKD device 22 can be designed to generate the quantum keys 28 ₁ , 28 ₂ and possibly further quantum keys using a multiplex method. For example, different wavelengths of the optical signal 26 ₁ /26 ₂ , different time intervals as part of a TDM method, different spatial areas as part of a space multiplex method and/or other multiplex methods can be used.

Die QKD-Einrichtung 22 kann in einem von der optisch-drahtlosen Kommunikation verschiedenen Wellenlängenbereich betrieben werden. Bevorzugt sind Wellenlängenbereiche der optisch-drahtlosen Kommunikation des optisch-drahtlosen Transceivers 12 und der QKD-Einrichtung beziehungsweise des optischen Signals 26₁, 26₂ disjunkt.The QKD device 22 can be operated in a different wavelength range from optical wireless communication. Wavelength ranges of the optical-wireless communication of the optical-wireless transceiver 12 and the QKD device or the optical signal 26 ₁ , 26 ₂ are preferably disjoint.

Die QKD-Einrichtung kann ausgebildet sein, um den Quantenschlüssel 28₁ und/oder 28₂ unter Verwendung bekannter Ansätze zu erzeugen. Beispiele hierfür sind beispielsweise der sogenannte Diskret-Variable-Quantum-Key-Distribution-Ansatz (DV-QKD) und der Continuous-Variable-Quantum-Key-Distribution-Ansatz (CV-QKD), wobei auch andere Verfahren möglich sind. Es ist dabei möglich und im Rahmen der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele, dass die QKD-Einrichtung 22 für unterschiedliche Kommunikationspartner 24₁, 24₂ unterschiedliche QKD-Verfahren anwendet. Alternativ oder zusätzlich können auch für denselben Kommunikationspartner 24₁, 24₂ unterschiedliche Schlüssel durch Anwendung unterschiedlicher QKD-Ansätze erzeugt werden. Das bedeutet, die QKD-Einrichtung kann ausgebildet sein, um mit dem Kommunikationspartner 24₁ den Quantenschlüssel 28₁ unter Anwendung eines bestimmten QKD-Ansatzes zu erzeugen, und um mit dem Kommunikationspartner 24₁ oder 24₂ einen nicht dargestellten weiteren Quantenschlüssel unter Anwendung eines verschiedenen QKD-Ansatzes zu erzeugen.The QKD facility may be configured to generate the quantum key 28 ₁ and/or 28 ₂ using known approaches. Examples of this are the so-called Discrete Variable Quantum Key Distribution approach (DV-QKD) and the Continuous Variable Quantum Key Distribution approach (CV-QKD), although other methods are also possible. It is possible and within the scope of the exemplary embodiments described here for the QKD device 22 to use different QKD methods for different communication partners 24 ₁ , 24 ₂ . Alternatively or additionally, different keys can also be generated for the same communication partner 24 ₁ , 24 ₂ by using different QKD approaches. This means that the QKD device can be designed to generate the quantum key 28 ₁ with the communication partner 24 ₁ using a specific QKD approach, and to generate another quantum key, not shown, with the communication partner 24 ₁ or 24 ₂ using a different one to generate a QKD approach.

2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Kommunikationsknotens 20, der ebenso wie der Kommunikationsknoten 10 einen Kommunikationsbereich 14 mit Kommunikation versorgen kann, beispielsweise als eine Art Basisstation und/oder Masterknoten. Der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 20 umfasst hierzu den optisch-drahtlosen Transceiver 12 und die QKD-Einrichtung 22. Ferner ist eine Steuerungseinrichtung 32 angeordnet, die ausgebildet ist, um den optisch-drahtlosen Transceiver 12 zu steuern, um ein erstes optisch-drahtloses Signal 34, etwa als Sendesignal, auszusenden. Das optisch-drahtlose Signal 34 wird dabei in den Kommunikationsbereich ausgesendet, wobei es beispielsweise lediglich in einem Teilbereich des Kommunikationsbereichs 14 empfangbar ist und/oder im gesamten Bereich. Für den Bereich der funkwellengestützten Kommunikation sind analoge Konzepte implementierbar, insbesondere bei Verwendung der Strahlformung. Ferner ist die Steuerungseinrichtung 32 ausgebildet, um ein von einem Kommunikationspartner 24 als Antwort auf das optisch-drahtlose Signal 34 ausgesendete optisch-drahtlose Signal 36 zu empfangen und das empfangene Signal beziehungsweise einen Signalinhalt auszuwerten. 2 1 shows a schematic block diagram of a communication node 20 which, like the communication node 10, can supply a communication area 14 with communication, for example as a type of base station and/or master node. For this purpose, the optical-wireless communication node 20 comprises the optical-wireless transceiver 12 and the QKD device 22. Furthermore, a control device 32 is arranged, which is designed to control the optical-wireless transceiver 12 to transmit a first optical-wireless signal 34 , to send out, for example as a transmission signal. In this case, the optical-wireless signal 34 is transmitted into the communication area, it being receivable, for example, only in a partial area of the communication area 14 and/or in the entire area. Analogous concepts can be implemented for the field of radio wave-based communication, in particular when using beam shaping. Furthermore, the control device 32 is designed to receive an optical wireless signal 36 transmitted by a communication partner 24 in response to the optical wireless signal 34 and to evaluate the received signal or a signal content.

Die Steuerungseinrichtung 32 ist dabei ausgebildet, um eine Positionsinformation zu erhalten, die eine Position des Kommunikationspartners 24 in dem Kommunikationsbereich 14 angibt. Basierend auf der Positionsinformation 38 ist die Steuerungseinrichtung 32 ausgebildet, um die QKD-Einrichtung 22 zu steuern, um das optische Signal 26 auf die Position des Kommunikationspartners 24 zu richten. Vermittels des ausgerichteten optischen Signals 26 ist der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten beziehungsweise die durch die Steuerungseinrichtung 32 gesteuerte QKD-Einrichtung 22 ausgebildet, um den Quantenschlüssel 28 zu erzeugen. Vorteilhaft daran ist, dass die Schlüsselgenerierung auf einen räumlichen Bereich beschränkt werden kann, in welchem der Kommunikationspartner 24 angeordnet ist. So kann beispielsweise das optisch-drahtlose Signal 34 einen Hinweis darauf erhalten, in welchen Teilbereich des Kommunikationsbereichs 14 das Signal gesendet wird. In dem optisch-drahtlosen Signal 36 kann eine hierauf aufbauende oder korrespondierende Information eingefügt sein, so dass der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 22 Kenntnis davon erlangt, in welchem Teilbereich des Kommunikationsbereichs 14 der Empfang des optisch-drahtlosen Signals 34 erfolgte und dies als Positionsinformation zu verwenden.The control device 32 is designed to receive position information that indicates a position of the communication partner 24 in the communication area 14 . Based on the position information 38, the control device 32 is designed to control the QKD device 22 in order to direct the optical signal 26 to the position of the communication partner 24. The optical-wireless communication node or the QKD device 22 controlled by the control device 32 is designed to generate the quantum key 28 by means of the aligned optical signal 26 . The advantage of this is that the key generation can be limited to a spatial area in which the communication partner 24 is located. For example, the optical-wireless signal 34 can receive an indication as to which sub-area of the communication area 14 the signal is sent to. Information based on this or corresponding information can be inserted in the optical wireless signal 36, so that the optical wireless communication node 22 is aware of the subarea of the communication area 14 in which the optical wireless signal 34 was received and to use this as position information .

Eine derartige Positionsinformation kann auch iterativ verfeinert werden, etwa indem eine Mehrzahl oder Vielzahl von zumindest 2, zumindest 3, zumindest 4 oder mehr Rückkopplungen (engl.: Feedbacks) zwischen Signalen 34 und 36 erfolgt, um den Empfangsbereich zunehmend einzuschränken. So kann iterativ die jeweilige Positionsinformation bestimmt werden. In aufeinanderfolgenden Iterationen kann die Positionsgenauigkeit erhöht werden. Gemäß Ausführungsbeispielen kann das optische Signal 26 der QKD-Einrichtung 22 auf den Kommunikationspartner 24 gerichtet werden, sobald die Genauigkeit einen Genauigkeitsschwellwert zumindest erreicht hat oder diesen überschreitet. So kann beispielsweise das optische Signal 26 genutzt werden, um einen gewissen räumlichen Bereich auszuleuchten und die Positionsinformation eine entsprechende Genauigkeit aufweisen, so dass sichergestellt ist, dass das optische Signal 26 auch auf den Kommunikationspartner 24 trifft.Such position information can also be iteratively refined, for example by a plurality or a large number of at least 2, at least 3, at least 4 or more feedbacks taking place between signals 34 and 36, to increasingly restrict the reception area. In this way, the respective position information can be determined iteratively. In successive iterations, the positional accuracy can be increased. According to embodiments, the optical signal 26 of the QKD device 22 can be directed to the communication partner 24 as soon as the accuracy has at least reached or exceeded an accuracy threshold value. For example, the optical signal 26 can be used to illuminate a certain spatial area and the position information can have a corresponding level of accuracy, so that it is ensured that the optical signal 26 also strikes the communication partner 24 .

Ein derartiges Konzept ist ohne weiteres auch in dem optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 10 implementierbar, wobei das Konzept der Positionsbestimmung und möglicherweise auch einer Positionsnachverfolgung auch für mehrere Kommunikationspartner 24₁ und 24₂ aus 1 parallel anwendbar ist. Beispielsweise kann unter Verwendung der iterativen Positionsbestimmung alternativ oder zusätzlich zur iterativen Verfeinerung oder Genauigkeitserhöhung eine Bewegung 42 des Kommunikationspartners 24 in 2 erkannt werden und vermittels einer Ausrichtung 44 des optischen Signals 26 einhergehen, das bedeutet, das optische Signal 26 kann der Bewegung 42 des Kommunikationsknotens 24 basierend auf einer Ansteuerung durch die Steuerungseinrichtung 32 basierend auf der Positionsinformation folgen. Anders ausgedrückt, kann der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten ausgebildet sein, um die Positionsinformation 38 für eine Nachverfolgung der Bewegung 42 zu bestimmen und das optische Signal 26 der Bewegung 42 folgend auf den Kommunikationspartner 24 zu richten.Such a concept can also be implemented without further ado in the optical-wireless communication node 10, with the concept of position determination and possibly also position tracking also being possible for a number of communication partners 24 ₁ and 24 ₂ 1 can be used in parallel. For example, using the iterative position determination, as an alternative or in addition to the iterative refinement or increase in accuracy, a movement 42 of the communication partner 24 in 2 are recognized and are accompanied by means of an alignment 44 of the optical signal 26, which means that the optical signal 26 can follow the movement 42 of the communication node 24 based on activation by the control device 32 based on the position information. In other words, the optical-wireless communication node can be designed to determine the position information 38 for tracking the movement 42 and to direct the optical signal 26 of the movement 42 to the communication partner 24 .

Beispielsweise kann der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 20 ein sogenanntes Tracking-System, etwa ein sogenanntes Pointing-Acquisition-Tracking-System (PAT-System) umfassen, das ausgebildet ist, um unter Verwendung der Positionsinformation 38 das optische Signal 26 auf den Kommunikationspartner 24 zu richten. Wie erwähnt, kann ein derartiges Konzept der Nachverfolgung ohne weiteres auch für den optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 10 eingerichtet werden, so dass mehrere Kommunikationspartner 24₁ und 24₂ von den erhaltenen Vorteilen profitieren.For example, the optical-wireless communication node 20 can include a so-called tracking system, such as a so-called pointing acquisition tracking system (PAT system), which is designed to use the position information 38 to direct the optical signal 26 to the communication partner 24 judge. As mentioned, such a tracking concept can also be set up without further ado for the optical wireless communication node 10, so that a number of communication partners 24 ₁ and 24 ₂ benefit from the advantages obtained.

Die Steuerungseinrichtung 32 kann ausgebildet sein, um das Empfangssignal 36 auf eine Information hin auszuwerten, ob das Signal 34 überhaupt empfangen wurde. So kann beispielsweise unter Kenntnis, dass das Signal 34 lediglich in einem Teilbereich des Kommunikationsbereichs 14 empfangbar ist, bereits unter binärer Kenntnis, ob das Signal 34 empfangen wurde oder nicht, eine Positionsinformation ableitbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Signal 36 von der Steuerungseinrichtung 32 auf eine Information ausgewertet werden, die angibt, mit welcher Qualität das Signal 34 empfangen wurde. Alternativ oder zusätzlich kann ausgewertet werden, mit welcher Qualität das Signal 36 vom optisch-drahtlosen Transceiver 12 empfangen wurde. Alternativ oder zusätzlich kann der Kommunikationspartner 24 bei Kenntnis seiner Position diese auch direkt als Positionsinformation in das Signal 36 einfügen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Signaleigenschaft, beispielsweise eine Polarisation des Sendesignals 34 vom Ort des Kommunikationspartners 24, einen Hinweis auf dessen Position liefern und in dem Antwortsignal 36 eingefügt werden, so dass die Steuerungseinrichtung 32 unter Verwendung eines Parameters zum Senden des Sendesignals die Positionsinformation bestimmen kann.The control device 32 can be designed to evaluate the received signal 36 for information as to whether the signal 34 was received at all. For example, with the knowledge that the signal 34 can only be received in a subarea of the communication area 14, position information can be derived already with binary knowledge as to whether the signal 34 was received or not. Alternatively or additionally, the signal 36 can be evaluated by the control device 32 for information that indicates the quality with which the signal 34 was received. Alternatively or additionally, the quality with which the signal 36 was received by the wireless optical transceiver 12 can be evaluated. Alternatively or additionally, if the communication partner 24 knows his position, he can also insert this directly into the signal 36 as position information. Alternatively or additionally, a signal property, for example a polarization of the transmission signal 34 from the location of the communication partner 24, can provide an indication of its position and can be inserted in the response signal 36, so that the control device 32 can determine the position information using a parameter for transmitting the transmission signal .

3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 30, der beispielsweise als Kommunikationspartner 24 des optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 24 und/oder des optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 10 betrieben werden kann. 3 shows a schematic block diagram of an optically wireless communication node 30, which can be operated, for example, as a communication partner 24 of the optically wireless communication node 24 and/or of the optically wireless communication node 10.

Der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 30 umfasst den optisch-drahtlosen Transceiver 12 sowie eine QKD-Einrichtung 23. Diese ist ausgebildet, um bspw. mit der QKD-Einrichtung 22 zu interagieren und bspw. das optische Signal 26 zu empfangen oder andersherum und/oder bezogen auf die QKD-Einrichtung 22 ein Partner bei der Schlüsselgenerierung zu sein.The optical wireless communication node 30 includes the optical wireless transceiver 12 and a QKD device 23. This is designed to interact with the QKD device 22, for example, and to receive the optical signal 26, for example, or vice versa and/or related to the QKD facility 22 to be a partner in key generation.

Der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 30 ist ausgebildet, um ein optisch-drahtloses Signal zu empfangen, etwa das optisch-drahtlose Signal 34. Beispielsweise unter Verwendung einer Steuerungseinrichtung 46, die ebenso wie die Steuerungseinrichtung 32 beispielsweise eine Prozessoreinheit, einen Mikrocontroller, ein feldprogrammierbares Gatterarray (FPGA) oder dergleichen aufweisen kann, ist der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten ausgebildet, um das empfangene Signal 34 auszuwerten, um die Positionsinformation 38 zu erhalten. Dies kann, wie im Zusammenhang mit dem optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 20 beschrieben, aufgrund einer oder mehrerer Signalparameter des optisch-drahtlosen Signals 34 und/oder unter Kenntnis der eigenen Position erfolgen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält das Signal 34 eine explizite oder implizite Anweisung zum Senden des Antwortsignals 36.The optical-wireless communication node 30 is designed to receive an optical-wireless signal, such as the optical-wireless signal 34. For example, using a control device 46, which, like the control device 32, has, for example, a processor unit, a microcontroller, a field-programmable gate array ( FPGA) or the like, the optical-wireless communication node is designed to evaluate the received signal 34 in order to obtain the position information 38 . As described in connection with the optical-wireless communication node 20, this can take place on the basis of one or more signal parameters of the optical-wireless signal 34 and/or with knowledge of one's own position. According to one embodiment, the signal 34 contains an explicit or implicit instruction to send the response signal 36.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält das optisch-drahtlose Signal 34 Informationen zu einem Parameter, der die Position angibt. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, das alternativ oder zusätzlich herangezogen werden kann, umfasst der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten eine Sensoreinrichtung und/oder einen Datenspeicher, der eine Position oder zuletzt bekannte Position angeben kann, um die Positionsinformation 38 zumindest teilweise bereitzustellen. Der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 30 ist ausgebildet, um das Signal 36 mit dem optisch-drahtlosen Transceiver 12 zurückzusenden, so dass dieses die Positionsinformation 38 des optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 30 aufweist.According to another embodiment, the optical wireless signal 34 includes information NEN to a parameter that specifies the position. According to another exemplary embodiment, which can be used alternatively or additionally, the optical-wireless communication node comprises a sensor device and/or a data memory which can indicate a position or last known position in order to at least partially provide the position information 38 . The optical wireless communication node 30 is designed to send back the signal 36 with the optical wireless transceiver 12 so that it has the position information 38 of the optical wireless communication node 30 .

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten ausgebildet, um die Positionsinformation 38 aus einem Informationsbestandteil des empfangenen optisch-drahtlosen Signals abzuleiten, der für verschiedene Positionen in einem Kommunikationsbereich 14 des Kommunikationspartners unterschiedlich ist. Alternativ oder zusätzlich kann der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 30 ausgebildet sein, um den Quantenschlüssel 28 mit dem Kommunikationspartner zu erzeugen und den Quantenschlüssel für eine verschlüsselte Kommunikation mit dem Kommunikationspartner zu verwenden. Der Quantenschlüssel 28 kann dabei zyklisch erneuert werden, wobei dies beispielsweise an eine Verwendung gekoppelt ist, so dass nach einer vordefinierten Anzahl von Verwendungen, beispielsweise 1, 2, 3 oder eine beliebige andere Anzahl, der Schlüssel erneuert wird. Alternativ oder zusätzlich ist eine Erneuerung nach einer vorgegebenen Zeitdauer oder anderen auslösenden Ereignissen möglich.According to one embodiment, the optical wireless communication node is designed to derive the position information 38 from an information component of the received optical wireless signal that is different for different positions in a communication area 14 of the communication partner. Alternatively or additionally, the optically wireless communication node 30 can be designed to generate the quantum key 28 with the communication partner and to use the quantum key for encrypted communication with the communication partner. In this case, the quantum key 28 can be renewed cyclically, this being linked to a use, for example, so that the key is renewed after a predefined number of uses, for example 1, 2, 3 or any other desired number. Alternatively or additionally, renewal is possible after a predetermined period of time or other triggering events.

Wie es eingangs erwähnt ist, kann ein hierin beschriebener Quantenschlüssel zwar zur Verschlüsselung einer optisch-drahtlosen Kommunikation verwendet werden, dies ist jedoch erweiterbar und/oder substituierbar, indem der Quantenschlüssel für einen anderen Informationsweg verwendet wird, beispielsweise WiFi, Mobilfunk oder dergleichen. Optisch-drahtlose Kommunikationsknoten gemäß hierin beschriebener Ausführungsbeispiele können neben dem optisch-drahtlosen Transceiver auch weitere Kommunikationsschnittstellen umfassen, bspw. eine WiFi Schnittstelle oder eine Mobilfunkschnittstelle. Auch kann anstelle von LiFi in hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen eine hochfrequente funkwellengestützte Kommunikation genutzt werden, beispielsweise in einem Frequenzbereich von zumindest 40 GHz, zumindest 50 GHz oder zumindest 60 GHz.As mentioned at the outset, although a quantum key described herein can be used to encrypt an optical wireless communication, this can be extended and/or substituted by using the quantum key for another information path, for example WiFi, cellular or the like. In addition to the optical wireless transceiver, optical wireless communication nodes according to exemplary embodiments described herein can also include other communication interfaces, for example a WiFi interface or a mobile radio interface. Instead of LiFi, high-frequency radio wave-based communication can also be used in the exemplary embodiments described here, for example in a frequency range of at least 40 GHz, at least 50 GHz or at least 60 GHz.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines optisch-drahtlosen Kommunikationssystems 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Als Basisstation oder Masterknoten umfasst das optisch-drahtlose Kommunikationssystem 400 beispielsweise den optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 10, wobei alternativ oder zusätzlich auch die Funktionen des optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 20 implementiert werden können und/oder einer oder mehrerer der optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 20 angeordnet werden können. Dies schließt eine zusätzliche Anordnung weiterer optisch-drahtloser Kommunikationsknoten 10 nicht aus. 4 FIG. 4 shows a schematic representation of an optical wireless communication system 400 according to an embodiment. As a base station or master node, the optical wireless communication system 400 includes, for example, the optical wireless communication node 10, whereby alternatively or additionally the functions of the optical wireless communication node 20 can be implemented and/or one or more of the optical wireless communication nodes 20 can be arranged . This does not rule out an additional arrangement of further optical wireless communication nodes 10 .

Anders ausgedrückt, kann der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 10 und/oder 20 als Kommunikationsanbieter in dem optisch-drahtlosen System fungieren und zumindest einer, bevorzugt aber mehrere optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 24₁ bis 24₃ in einer Anzahl von zumindest 1, zumindest 2, zumindest 3, zumindest 5 oder mehr angeordnet sein können. Ein oder mehrere der Kommunikationspartner 24₁ bis 24₃ kann dabei als optisch-drahtloser Kommunikationsknoten 30 implementiert werden, was jedoch im Hinblick auf die Positionsbestimmung durch den optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 10 optional ist.In other words, the optical wireless communication node 10 and/or 20 can act as a communication provider in the optical wireless system and at least one, but preferably several optical wireless communication nodes 24 ₁ to 24 ₃ in a number of at least 1, at least 2, at least 3, at least 5 or more can be arranged. One or more of the communication partners 24 ₁ to 24 ₃ can be implemented as an optical wireless communication node 30, which is optional with regard to the position determination by the optical wireless communication node 10.

Der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 10 kann ausgebildet sein, um einen oder mehrere LiFi-Kanäle 48 in dem Kommunikationsbereich 14 bereitzustellen, etwa unter Verwendung eines hierin genannten Multiplexing-Verfahrens.The optical wireless communication node 10 can be configured to provide one or more LiFi channels 48 in the communication area 14, for example using a multiplexing method mentioned herein.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 10 die Steuerungseinrichtung 32 aufweisen, die ausgebildet ist, um den optisch-drahtlosen Transceiver 12 zu steuern, um ein oder mehrere optisch-drahtlose Signale, Sendesignale, 34 in den Kommunikationsbereich 14 auszusenden. Auf das eine und/oder die mehreren Signale 32 können die Kommunikationspartner 24₁, 24₂ und/oder 24₃ hierauf aufbauende Antwortsignale 36₁, 36₂ und/oder 36₃ aussenden, die von der Steuerungseinrichtung 32 darauf hin ausgewertet werden können, eine entsprechende Positionsinformation des jeweiligen Kommunikationspartners 24₁, 24₂ bzw. 24₃ in dem Kommunikationsbereich 14 anzugeben. Die Steuerungseinrichtung 32 kann ausgebildet sein, um die QKD-Einrichtung 22 basierend auf der jeweiligen Positionsinformation so zu steuern, dass ein jeweiliges optisches Signal 26₁, 26₂ bzw. 26₃ der QKD-Einrichtung 22 zum Erzeugen eines Quantenschlüssels 28₁, 28₂ bzw. 28₃ mit dem jeweiligen Kommunikationspartner erzeugt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass ein entsprechendes Verfahren unter Verweis auf die Funktionen des optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 20 auch mit einem einzigen Kommunikationspartner 24 funktional ist.According to an exemplary embodiment, the optically wireless communication node 10 can have the control device 32 which is designed to control the optically wireless transceiver 12 in order to emit one or more optically wireless signals, transmission signals, 34 into the communication area 14 . The communication partners 24 ₁ , 24 ₂ and/or 24 ₃ can emit response signals 36 ₁ , 36 ₂ and/or 36 ₃ that are based on the one and/or the plurality of signals 32 and can then be evaluated by the control device 32 to indicate corresponding position information of the respective communication partner 24 ₁ , 24 ₂ or 24 ₃ in the communication area 14 . The control device 32 can be designed to control the QKD device 22 based on the respective position information in such a way that a respective optical signal 26 ₁ , 26 ₂ or 26 ₃ of the QKD device 22 for generating a quantum key 28 ₁ , 28 ₂ or 28 ₃ is generated with the respective communication partner. It should be pointed out that a corresponding method with reference to the functions of the optical wireless communication node 20 is also functional with a single communication partner 24 .

Anhand des optisch-drahtlosen Systems 400 sollen nun weitere optionale aber vorteilhafte Ausführungsformen erläutert werden. So ist es beispielsweise möglich, dass der optisch-drahtlose Transceiver 12 ausgebildet ist, um eine optisch-drahtlose Kommunikation mit einem oder mehreren Kommunikationspartnern 24₁ bis 24₃ aufzubauen, bevor die QKD-Einrichtung 22 das optische Signal 26₁ bis 26₃ bereitstellt. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, um einfach die optisch-drahtlose Signale 34 und 36 auszutauschen.Further optional but advantageous embodiments will now be explained on the basis of the optical-wireless system 400 . That's how it is for example wise possible that the optical wireless transceiver 12 is designed to establish optical wireless communication with one or more communication partners 24 ₁ to 24 ₃ before the QKD device 22 provides the optical signal 26 ₁ to 26 ₃ . This can be particularly advantageous for simply exchanging the optical wireless signals 34 and 36 .

Diese optisch-drahtlose Kommunikation kann unverschlüsselt aufgebaut werden, was insbesondere dann unproblematisch ist, wenn noch keine geheim zuhaltenden Informationen ausgetauscht werden.This optical wireless communication can be set up unencrypted, which is particularly unproblematic if no information that is to be kept secret is yet to be exchanged.

Nachdem die Positionen der Kommunikationspartner 24₁, 24₂ und/oder 24₃ bestimmt sind, können gleichzeitig oder alternierend die optischen Signale 26₁, 26₂ und 26₃ zur Erzeugung der Quantenschlüssel 28₁, 28₂ und 28₃ ausgerichtet werden.After the positions of the communication partners 24 ₁ , 24 ₂ and/or 24 ₃ have been determined, the optical signals 26 ₁ , 26 ₂ and 26 ₃ for generating the quantum keys 28 ₁ , 28 ₂ and 28 ₃ can be aligned simultaneously or alternately.

Ein derartiges Ausrichten kann aber optional sein, etwa wenn derselbe Schlüssel mit mehreren Kommunikationspartnern oder im gesamten Kommunikationsbereich 14 ausgetauscht oder erzeugt werden soll. Das bedeutet, ein hierin beschriebener optisch-drahtloser Kommunikationsknoten kann so ausgestaltet sein, dass die QKD-Einrichtung 22 ausgebildet ist, um das optische Signal 26 gleichzeitig auf mehrere Kommunikationspartner, etwa Kommunikationspartner 24₁ und 24₂ aus 1 und/oder 24₁ bis 24₃ aus 4, zu richten, und um mit dem Kommunikationspartner gleichzeitig einen jeweiligen Quantenschlüssel zu erzeugen.However, such alignment can be optional, for example if the same key is to be exchanged or generated with several communication partners or in the entire communication area 14 . This means that an optical-wireless communication node described here can be designed in such a way that the QKD device 22 is designed to send the optical signal 26 to a plurality of communication partners, such as communication partners 24 ₁ and 24 ₂ , at the same time 1 and/or 24 ₁ to 24 ₃ off 4 , and to simultaneously generate a respective quantum key with the communication partner.

In 4 ist beispielsweise die Erzeugung von Quantenschlüsseln 28₁ und 28₂ aufgrund unterschiedlicher optischer Signale 26₁ und 26₂ dargestellt. Nachfolgend wird hierzu eine vorteilhafte Abwandlung bzw. Ergänzung erläutert, bei der beispielsweise die Kommunikationspartner 24₁ und 24₂ oder beliebige zwei oder mehr andere Kommunikationspartner des optisch-drahtlosen Systems 400 gleichzeitig von demselben optisch-drahtlosen Signal 26 getroffen werden.In 4 For example, the generation of quantum keys 28 ₁ and 28 ₂ based on different optical signals 26 ₁ and 26 ₂ is shown. An advantageous modification or supplement is explained below in which, for example, the communication partners 24 ₁ and 24 ₂ or any two or more other communication partners of the optically wireless system 400 are hit simultaneously by the same optically wireless signal 26 .

In einem solchen Fall können die gleichzeitig von dem jeweiligen optischen Signal 26 illuminierten Kommunikationspartner denselben Quantenschlüssel aus demselben optischen Signal erzeugen. Dies kann nun einerseits vom optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 10 zur verschlüsselten Kommunikation mit beiden Kommunikationspartnern genutzt werden, kann aber alternativ auch von den Kommunikationspartnern 24₁ und 24₂ zur verschlüsselten Kommunikation untereinander genutzt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel leitet der optisch-drahtlose Kommunikationsknoten 10 zumindest in einem derartigen Betriebszustand unter Verwendung von vorzugsweise verschränkten Quanten, keinen Quantenschlüssel ab, so dass dieser am Ort des optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 10 unbekannt ist, aber dafür am Ort bspw. zweier Kommunikationspartner 24₁ und 24₂. Unter Verwendung des Schlüssels können dann die Kommunikationspartner 24₁ und 24₂ Signale mittelbar über den optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 10 oder eine andere direkte oder indirekte Verbindung austauschen und den Inhalt unter Verwendung des Quantenschlüssels verschlüsseln. Hierbei werden die Quantenschlüssel am Ort der Kommunikationspartner gleichzeitig erzeugt.In such a case, the communication partners simultaneously illuminated by the respective optical signal 26 can generate the same quantum key from the same optical signal. On the one hand, this can now be used by the optical-wireless communication node 10 for encrypted communication with both communication partners, but can alternatively also be used by the communication partners 24 ₁ and 24 ₂ for encrypted communication with one another. According to one embodiment, at least in such an operating state, the optically wireless communication node 10 does not derive a quantum key using preferably entangled quanta, so that this is unknown at the location of the optically wireless communication node 10, but instead at the location, for example, of two communication partners 24 ₁ and 24 ₂ . Using the key, the communication partners 24 ₁ and 24 ₂ can then exchange signals indirectly via the optical wireless communication node 10 or another direct or indirect connection and encrypt the content using the quantum key. The quantum keys are generated simultaneously at the location of the communication partner.

Wird anders jedoch der Quantenschlüssel 28₁, 28₂ und/oder 28₃ mit einer Mehrzahl von Kommunikationspartnern erzeugt, kann dieser auch für eine Gruppenkommunikation, engl.: groupcast/broadcast) mit einer entsprechenden Mehrzahl von Kommunikationspartners verwendet werden.However, if the quantum key 28 ₁ , 28 ₂ and/or 28 ₃ is generated with a plurality of communication partners, it can also be used for group communication (groupcast/broadcast) with a corresponding plurality of communication partners.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Kommunikationsanbieter 10 ausgebildet sein, um einen jeweiligen Quantenschlüssel 28₁, 28₂ und 28₃ zyklisch mit jedem der Mehrzahl von Kommunikationsnutzern 28₁, 28₂ und 28₃ zu erzeugen bzw. zu erneuern. Die QKD-Einrichtung 22 kann hierzu ausgebildet sein, um ein Multiplex-Verfahren zum simultanen Erzeugen der Mehrzahl von Quantenschlüsseln anzuwenden, wofür die Positionierung des jeweiligen optischen Signals 26 vorteilhaft sein kann.According to one embodiment, the communication provider 10 can be designed to generate or renew a respective quantum key 28 ₁ , 28 ₂ and 28 ₃ cyclically with each of the plurality of communication users 28 ₁ , 28 ₂ and 28 ₃ . For this purpose, the QKD device 22 can be designed to use a multiplex method for the simultaneous generation of the plurality of quantum keys, for which the positioning of the respective optical signal 26 can be advantageous.

In anderen Worten bezieht sich das dargestellte Ausführungsbeispiel auf ein mögliches Szenario, bei dem sich ein neuer Teilnehmer 24₂ oder 24₃ in dem LiFi-Kanal 48 bewegt. Dieser kann sich als Teilnehmer, womöglich zunächst unverschlüsselt, beim Masterknoten, MK, 10 anmelden. Als Teilnehmer oder Kommunikationspartner 24₁, 24₂ oder 24₃ kann auch der Begriff Domainknoten, DK, synonym verwendet werden. Domainknoten und Masterknoten können anschließend mithilfe des LiFi-Kanals 48 die Position des Domainknotens ermitteln und können den Quantenkanal 26₁, 26₂ und 26₃ des Masterknotens 10 über ein Pointing/Acquisition/Tracking-System (PAT) auf diesen ausrichten.In other words, the exemplary embodiment shown relates to a possible scenario in which a new subscriber 24 ₂ or 24 ₃ moves in the LiFi channel 48 . This can register as a participant, possibly initially unencrypted, with the master node, MK, 10. The term domain node, DK, can also be used synonymously as a participant or communication partner 24 ₁ , 24 ₂ or 24 ₃ . Domain nodes and master nodes can then use the LiFi channel 48 to determine the position of the domain node and can align the quantum channels 26 ₁ , 26 ₂ and 26 ₃ of the master node 10 via a pointing/acquisition/tracking (PAT) system.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur drahtlosen, etwa optisch-drahtlosen Kommunikation, beispielsweise aber nicht notwendigerweise auszuführen mit dem optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 10, ein Bereitstellen einer optisch-drahtlosen Kommunikation in einem Kommunikationsbereich. Ferner ist ein Erzeugen eines ersten Quantenschlüssels mit einem ersten Kommunikationspartner und ein Erzeugen eines zweiten Quantenschlüssels mit einem zweiten Kommunikationspartner Teil des Verfahrens. Ferner ist ein Aufbauen einer ersten verschlüsselten Kommunikation mit dem ersten Kommunikationspartner unter Verwendung des ersten Quantenschlüssels und ein Aufbauen einer zweiten verschlüsselten Kommunikation mit dem zweiten Kommunikationspartner unter Verwendung des zweiten Quantenschlüssels sowie ein Betreiben der ersten verschlüsselten Kommunikation und der zweiten verschlüsselten Kommunikation simultan zueinander Teil des Verfahrens.According to an exemplary embodiment, a method for wireless, such as optically wireless communication, for example but not necessarily to be carried out with the optically wireless communication node 10, comprises providing optically wireless communication in a communication area. Furthermore, generating a first quantum key with a first communication partner and generating a second quantum key with a second communication partner are part of the method. Furthermore, setting up a first encrypted communication with the first communication partner using the first quantum key and a Establishing a second encrypted communication with the second communication partner using the second quantum key and operating the first encrypted communication and the second encrypted communication simultaneously with one another are part of the method.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur drahtlosen, etwa optisch-drahtlosen Kommunikation, beispielsweise aber nicht notwendigerweise auszuführen mit dem optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 20, ein Bereitstellen einer optisch-drahtlosen Kommunikation in einem Kommunikationsbereich. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines Quantenschlüssels mit einem Kommunikationspartner vermittels eines optischen Signals und ein Steuern der optisch-drahtlosen Kommunikation, um ein Sendesignal in dem Kommunikationsbereich auszusenden. Das Verfahren umfasst ein Auswerten eines auf das Sendesignal hin empfangenen und von dem Kommunikationspartner ausgesendeten Empfangssignals, um eine Positionsinformation zu erhalten, die eine Position des Kommunikationspartners in dem Kommunikationsbereich angibt. Das Verfahren umfasst ein Steuern des optischen Signals zur Schlüsselerzeugung basierend auf der Positionsinformation, um das optische Signal auf die Position des Kommunikationspartners zu richten, und um den Quantenschlüssel mit dem Kommunikationspartner an der Position auszutauschen. According to an exemplary embodiment, a method for wireless, such as optically wireless communication, for example but not necessarily to be carried out with the optically wireless communication node 20, comprises providing optically wireless communication in a communication area. The method includes generating a quantum key with a communication partner by means of an optical signal and controlling the optical wireless communication to emit a transmission signal in the communication range. The method includes evaluating a received signal received in response to the transmission signal and transmitted by the communication partner in order to obtain position information which indicates a position of the communication partner in the communication area. The method includes controlling the optical signal for key generation based on the position information to direct the optical signal to the position of the communication partner and to exchange the quantum key with the communication partner at the position.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zur drahtlosen, etwa optisch-drahtlosen Kommunikation, etwa auszuführen mit dem optisch-drahtlosen Kommunikationsknoten 30, ein Bereitstellen einer optisch-drahtlosen Kommunikation, ein Empfangen und Auswerten eines empfangenen optisch-drahtlosen Signals sowie ein Zurücksenden eines Antwortsignals an einen Sender des optisch-drahtlosen Signals, so dass das Antwortsignal eine Positionsinformation des optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens aufweist. Das Verfahren umfasst ferner ein Erzeugen eines Quantenschlüssels mit einem Kommunikationspartner vermittels eines optischen Signals.According to one exemplary embodiment, a method for wireless, for example optically wireless, communication, for example to be carried out with the optically wireless communication node 30, includes providing optically wireless communication, receiving and evaluating a received optically wireless signal and sending back a response signal to a Transmitter of the optical wireless signal, so that the response signal has position information of the optical wireless communication node. The method also includes generating a quantum key with a communication partner using an optical signal.

5 zeigt eine schematische funktionelle Darstellung miteinander verbundener Funktionen 52, 54, 56 und 58 eines optisch-drahtlosen Kommunikationsknotens 50, der beispielsweise als optisch-drahtloser Kommunikationsknoten 10 oder 20 betrieben werden kann. In einem derartigen Masterknoten kann ein LiFi-System 54, etwa umfassend einen optisch-drahtlosen Transceiver und ein Tracking-System oder PAT-System 58 über eine Signalverarbeitungseinheit 52 verbunden sein, etwa umfassend eine entsprechende Steuerungseinrichtung. Hierdurch können Informationen aus dem LiFi-Datenstrom vom Domainknoten, DK, beispielsweise einem Kommunikationspartner oder dem optisch-drahtlosen Transceiver 30 direkt als Feedback-Loop, Rückkopplung, für die Ausrichtung des PAT-Systems 58 verwendet werden. Ist das PAT-System 58 auf einen Domainknoten ausgerichtet, kann ein Quantenkanal 26₁, 26₂, 26₃, aufgebaut und die Schlüsselgenerierung im QKD-System 56 kann injiziert werden. Der Abgleich der Schlüsselsequenz wird anschließend über den unverschlüsselten LiFi-Kanal 48 ausgetauscht, um die geheimen Quantenschlüssel für jeden Domainknoten oder Kommunikationspartner zu generieren. Nach Erstellung des sicheren Schlüssels wird die Datenkommunikation auf dem LiFi-Kanal 48 mit dem jeweiligen Quantenschlüssel abgesichert und ist nun auch nicht mehr für die anderen Teilnehmer im gleichen LiFi-Kanal einsehbar. Ein Domainknoten oder Kommunikationspartner ist prinzipiell ähnlich wie ein Masterknoten oder optisch-drahtloser Kommunikationsknoten 10, 20 aufgebaut, muss aber nicht über ein PAT-System zum Ausrichten des optischen Signals 26 verfügen, auch wenn dieses Konzept eingesetzt wird. 5 shows a schematic functional representation of interconnected functions 52, 54, 56 and 58 of an optical wireless communication node 50, which can be operated as an optical wireless communication node 10 or 20, for example. In such a master node, a LiFi system 54, for example comprising an optical wireless transceiver and a tracking system or PAT system 58, can be connected via a signal processing unit 52, for example comprising a corresponding control device. As a result, information from the LiFi data stream from the domain node, DK, for example a communication partner or the wireless optical transceiver 30 can be used directly as a feedback loop for aligning the PAT system 58 . If the PAT system 58 is aligned with a domain node, a quantum channel 26 ₁ , 26 ₂ , 26 ₃ can be set up and the key generation in the QKD system 56 can be injected. The key sequence comparison is then exchanged over the unencrypted LiFi channel 48 to generate the secret quantum keys for each domain node or communication partner. After the secure key has been created, the data communication on the LiFi channel 48 is secured with the respective quantum key and can no longer be viewed by the other participants in the same LiFi channel. In principle, a domain node or communication partner is constructed similarly to a master node or optical wireless communication node 10, 20, but does not have to have a PAT system for aligning the optical signal 26, even if this concept is used.

Ausführungsbeispiele haben erkannt, dass die Kombination der Quantentechnologie mit der LiFi-Technologie Vorteile insbesondere bei der Sicherheit der Datenübertragung bieten kann. Mit der Quantentechnologie stehen in vielen technischen Bereichen die nächsten Sprunginnovationen bevor. Nach dem Industrie- und dem digitalen Zeitalter ist die Ära der Quantentechnologien voraussichtlich die nächste disruptive Revolution. Neben Quantencomputern, Quantenbildgebung und Quantenuhren steht vor allem die Quantenkommunikation und die Quantenverschlüsselung für eine sichere und private Datenkommunikation im Fokus der Entwicklungen. Eine wesentliche Bestrebung hierbei ist die Abkehr von klassischen Verschlüsselungsansätzen, welche darauf beruhen, dass die Ermittlung eines unbekannten Schlüssels langwierige Berechnungen benötigt, hin zu Schlüsseln, die auf den physikalischen Eigenschaften auf Quantenebene basieren und selbst mit beliebig viel Zeit und Rechenleistung nicht ermittelt werden. Bisher konzentriert sich die Forschung auf sichere Datenkommunikation über weite Strecken, für Anwendungen in der globalen Dateninfrastruktur, zur Vernetzung von behördlichen oder militärischen Einrichtungen oder zum Informationsaustausch mit Satelliten in Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Die Verbindungen zum Endnutzer bzw. für lokale Ad-hoc-Netzwerke auf dem letzten Kilometer werden bisher jedoch noch immer mit den klassischen Technologien bedient und sind damit weiterhin angreifbar. Darüber hinaus gibt es keine bekannten Lösungen, die eine Quantenverschlüsselung für mehrere Anwender in flexiblen Kommunikationsszenarien realisieren können, eine Lücke, die durch hierin beschriebene Ausführungsbeispiele geschlossen wird. Das Feld der Quantenverschlüsselung ist im Vergleich zur LiFi-Technologie vergleichsweise neu. Auch der technologische Reifegrad bedarf noch weiterer Entwicklung, bei der Quantenverschlüsselung werden jedoch Quanteneigenschaften verwendet, um zwischen zwei Teilnehmern einen geheimen, nicht berechenbaren Schlüssel zu generieren, der dann einen zweiten, unabhängigen Datenkanal zwischen den beiden Kommunikationspartnern absichert. Dabei sind der QKD-Kanal und der Datenkanal möglicherweise voneinander getrennt, wobei sich diese Trennung möglicherweise auf eine räumliche Trennung und/oder auf eine Trennung im Übertragungsmedium beziehen kann.Exemplary embodiments have recognized that the combination of quantum technology with LiFi technology can offer advantages, particularly with regard to the security of data transmission. With quantum technology, the next major innovations are imminent in many technical areas. After the industrial and digital ages, the era of quantum technologies is expected to be the next disruptive revolution. In addition to quantum computers, quantum imaging and quantum clocks, the focus of developments is primarily on quantum communication and quantum encryption for secure and private data communication. A major effort here is the move away from classic encryption approaches, which are based on the fact that the determination of an unknown key requires lengthy calculations, towards keys that are based on the physical properties at the quantum level and cannot be determined even with any amount of time and computing power. So far, research has focused on secure data communication over long distances, for applications in the global data infrastructure, for networking official or military facilities, or for exchanging information with satellites in a point-to-point connection. However, the connections to the end user or for local ad hoc networks over the last kilometer are still being served with classic technologies and are therefore still vulnerable. Furthermore, there are no known solutions that can implement quantum encryption for multiple users in flexible communication scenarios, a gap that is filled by example embodiments described herein. The field of quantum encryption is compared to LiFi technology comparatively new. The level of technological maturity also requires further development, but quantum encryption uses quantum properties to generate a secret, unpredictable key between two participants, which then secures a second, independent data channel between the two communication partners. In this case, the QKD channel and the data channel may be separated from one another, and this separation may possibly relate to a spatial separation and/or a separation in the transmission medium.

Ausführungsbeispiele kombinieren die Vorteile von LiFi-Systemen mit den Vorteilen eines QKD-Systems.Exemplary embodiments combine the advantages of LiFi systems with the advantages of a QKD system.

Ausführungsbeispiele beziehen sich dabei unter anderem auf:

• die Nutzung eines flexiblen drahtlosen Datenkommunikationsnetzwerks im Punkt zu Multipunkt Szenario, bei gleichzeitiger Absicherung der einzelnen Kommunikationskanäle auf Basis von Quantenschlüsseln
• dabei soll sowohl die Datenkommunikation als auch die Quantenschlüsselgenerierung optisch drahtlos geschehen
• LiFi bietet gegenüber herkömmlicher Funktechnologien (z.B. WiFi) die Möglichkeit, durch entsprechende Optiken klar zu definieren, in welchen räumlichen Bereichen auf Daten zugegriffen werden kann und wo nicht. Dadurch kann die Dichte dieser Netzwerkzellen um ein Vielfaches erhöht werden und bietet jeweils 100% der zur Verfügung stehenden Bandbreite mit einer ähnlich hohen physikalischen Sicherheit vor Fremdzugriffen, wie es sonst nur direkte Kabelverbindungen realisieren können. Die Nutzung des optischen Kommunikationsnetzwerkes bietet im Gegensatz zu funkbasierten Ansätzen zusätzlich den Vorteil, dass jeder Teilnehmer, der sich im optisch drahtlosen Kommunikationskanal (LiFi Kanal) anmeldet, auch für den Quantenkanal sichtbar ist. Damit ist sichergestellt, dass es auch zu einem sicheren Schlüsselaustausch kommen kann.
• Um den LiFi Kanal und Quantenkanal (QKD-Kanal) voneinander zu trennen, werden unterschiedliche Wellenlängen des Lichts verwendet.
• bewegt sich ein neuer Teilnehmer (Domain Knoten) in den LiFi Kanal meldet er sich - zunächst unverschlüsselt - beim Master Knoten an
• Domain Knoten (DK) und Master Knoten (MK) ermitteln anschließend mit Hilfe des LiFi Kanals die Position des DK und richten den Quantenkanal des MK über ein Pointing/Acquisition/Tracking-System (PAT) auf diesen aus.
• LiFi und PAT-System sind so miteinander verbunden, dass Informationen aus dem LiFi Datenstrom vom DK direkt als Feedback-Loop für die Ausrichtung des PAT-Systems verwendet werden können.
• Ist das PAT-System auf einen DK ausgerichtet wird ein Quantenkanal aufgebaut.
• Für den Quantenkanal können unterschiedliche QKD-Ansätze verfolgt werden. (Beispielhaft seien hier Discrete-Variable-Quantum-Key-Distribution-Systeme (DV-QKD), welche den Quantenschlüssel auf Basis diskreter Quantenzustände einzelner Photonen überträgt oder Continuous-Variable-Quantum-Key-Distribution-Systeme (CV-QKD), welches auf Senderseite abgeschwächte Laserpulse, die in Amplitude und Phase moduliert werden und auf Empfängerseite kohärente quantenlimitierte Detektion zur Etablierung des geheimen Schlüssels verwendet, erwähnt.
• Es wäre auch möglich mehrere QKD Systeme für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung zu stellen. So könnten verschränkte Einzelphotonen verwendet werden, um die Kommunikation zwischen zwei DKs miteinander zu verschlüsseln, ohne dass die Nachricht im MK entschlüsselt werden kann, während das CV-QKD Verfahren für die Datenverschlüsselung zwischen MK und DK verwendet werden könnte.
• Überdies wäre es auch möglich mehrere DK gleichzeitig über einen Quantenkanal zum MK zu verbinden und damit die Schlüsselgenerierung für mehrere Teilnehmer zu parallelisieren. Haben LiFi Kanal und QKD-Kanal das gleiche Sichtfeld ist auch das Ausrichten des QKD-Kanals möglicherweise nicht mehr notwendig
• Der Abgleich der Schlüsselsequenz wird anschließend über den unverschlüsselten LiFi-Kanal ausgetauscht, um die geheimen Quantenschlüssel für jeden DK zu generieren.
• Nach Erstellung des sicheren Schlüssels wird die Datenkommunikation auf dem LiFi Kanal mit dem Quantenschlüssel abgesichert und ist nun auch nicht mehr für die anderen Teilnehmer im gleichen LiFi Kanal einsehbar. Darüber hinaus ließe sich anschließend, auch auf funkbasierten Kommunikationskanälen sicher mit dem Schlüssel kommunizieren bis der Schlüssel wieder erneuert werden muss.
• Alternativ kann der LiFi Kanal auch durch moderne Funkkommunikation mit Trägerfreuquenzen ≥60GHz ausgetauscht werden, da hier ebenso die Line-of-Sight Charakteristik ausgenutzt und mittels Beamsteering optimert werden kann.

Examples relate, among other things, to:

• the use of a flexible wireless data communication network in a point-to-multipoint scenario, with simultaneous protection of the individual communication channels based on quantum keys
• Both the data communication and the generation of the quantum key should be optically wireless
• In contrast to conventional radio technologies (eg WiFi), LiFi offers the possibility of using appropriate optics to clearly define in which spatial areas data can be accessed and where not. As a result, the density of these network cells can be increased many times over and each offers 100% of the available bandwidth with a similarly high level of physical security against unauthorized access as otherwise only direct cable connections can achieve. In contrast to radio-based approaches, the use of the optical communication network also offers the advantage that every participant who registers in the optical wireless communication channel (LiFi channel) is also visible to the quantum channel. This ensures that a secure key exchange can also take place.
• Different wavelengths of light are used to separate the LiFi channel and the quantum channel (QKD channel).
• If a new participant (domain node) moves into the LiFi channel, it registers - initially unencrypted - with the master node
• Domain nodes (DK) and master nodes (MK) then use the LiFi channel to determine the position of the DK and align the quantum channel of the MK with it using a pointing/acquisition/tracking system (PAT).
• The LiFi and PAT system are connected in such a way that information from the LiFi data stream from the DK can be used directly as a feedback loop for aligning the PAT system.
• If the PAT system is aligned to a DK, a quantum channel is established.
• Different QKD approaches can be pursued for the quantum channel. (Examples are Discrete Variable Quantum Key Distribution Systems (DV-QKD), which transmits the quantum key based on discrete quantum states of individual photons, or Continuous Variable Quantum Key Distribution Systems (CV-QKD), which weakened laser pulses on the transmitter side, which are modulated in amplitude and phase and used on the receiver side coherent quantum-limited detection to establish the secret key.
• It would also be possible to provide several QKD systems for different applications. Thus, entangled single photons could be used to encrypt the communication between two DKs without being able to decrypt the message in the MK, while the CV-QKD method could be used for data encryption between MK and DK.
• In addition, it would also be possible to connect several DKs to the MK at the same time via a quantum channel and thus parallelize the key generation for several participants. If the LiFi channel and the QKD channel have the same field of view, alignment of the QKD channel may no longer be necessary
• The key sequence match is then exchanged over the unencrypted LiFi channel to generate the secret quantum keys for each DK.
• After the secure key has been created, the data communication on the LiFi channel is secured with the quantum key and can no longer be viewed by the other participants in the same LiFi channel. In addition, it would then be possible to communicate securely with the key, even on radio-based communication channels, until the key has to be renewed again.
• Alternatively, the LiFi channel can also be replaced by modern radio communication with carrier frequencies ≥60GHz, since the line-of-sight characteristics are also present here can be exploited and optimized using beam steering.

Im LiFi Kanal werden mehrere DK mittels Multiplexing (etwa TDM, FDM, Räumlich oder anders) durch den MK bedient. Die Pakete in den einzelnen Zeitschlitzen sind für jeden DK individuell verschlüsselt. Eine Kommunikation zwischen zwei DK wird immer über den Master realisiert, der die Kommunikation verwaltet und zwischen den einzelnen DK sozusagen übersetzt bzw. zwischen den DK weiterleitet.In the LiFi channel, several DKs are served by the MK using multiplexing (e.g. TDM, FDM, spatial or other). The packets in the individual time slots are encrypted individually for each DK. Communication between two DKs is always implemented via the master, which manages the communication and, so to speak, translates it between the individual DKs or forwards it between the DKs.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. Implementation can be performed using a digital storage medium such as a floppy disk, DVD, Blu-ray Disc, CD, ROM, PROM, EPROM, EEPROM or FLASH memory, hard disk or other magnetic or optical memory, on which electronically readable control signals are stored, which can interact or interact with a programmable computer system in such a way that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer-readable. Thus, some embodiments according to the invention comprise a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.

Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft. Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.In general, embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, wherein the program code is effective to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer. The program code can also be stored on a machine-readable carrier, for example.

Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.Other exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.

Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft. Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.In other words, an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer. A further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.A further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein. For example, the data stream or sequence of signals may be configured to be transferred over a data communication link, such as the Internet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.In some embodiments, a programmable logic device (e.g., a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein. In general, in some embodiments, the methods are performed on the part of any hardware device. This can be hardware that can be used universally, such as a computer processor (CPU), or hardware that is specific to the method, such as an ASIC.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are only an illustration of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations to the arrangements and details described herein will occur to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US2002114044A1 [0002]

Claims

A wireless communications node, comprising: a wireless transceiver (12) configured to provide wireless communications in a communications area (14); a quantum key exchange, QKD, device (22) which is designed to generate a first quantum key with a first communication partner (24 ₁ ); and to generate a second quantum key with a second communication partner (24 ₂ ); and wherein the wireless communication _node is designed to establish a first encrypted communication with the first communication partner (24 ₁ ) using the first quantum key (28 ₁ ) and a second encrypted communication with the second communication partner ( 24 ₂ ) to build; and to operate the first encrypted communication and the second encrypted communication simultaneously.

Wireless communication node according to claim 1 wherein the wireless transceiver is a radio wave transceiver; or wherein the wireless transceiver is an optical wireless transceiver.

Wireless communication node according to claim 1 or 2 , which is configured to generate the first quantum key (28 ₁ ) and the second quantum key (28 ₂ ) using a common light source of the QKD device (22).

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the QKD device (22) is adapted to generate the first quantum key (28 ₁ ) and the second quantum key (28 ₂ ) using a multiplexing method.

Wireless communication node according to one of the preceding claims, comprising: a control device (32) which is designed to control the wireless transceiver (12) in order to emit a transmission signal (34) with the wireless transceiver (12) into the communication area (14). ; and in order to receive and evaluate a first reception signal (36) which, with the wireless transceiver (12), responds to the transmission signal (34) from the first communication partner (24 ₁ ); to obtain first position information indicating a position of the first communication partner (24 ₁ ) in the communication area (14); wherein the control device (32) is designed to control the QKD device (22) based on the first position information in order to direct a first optical signal of the QKD device (22) for generating the first quantum key (28 ₁ ) to the position of the first communication partner (24 ₁ ); and to generate the first quantum key (28 ₁ ) with the first communication partner (24 ₁ ).

Wireless communication node according to claim 5 , in which the control device (32) is designed to receive and evaluate a second received signal from the second communication partner (24 ₂ ); to obtain second position information indicating a position of the second communication partner (24 ₂ ) in the communication area (14); wherein the control device (32) is designed to control the QKD device (22) using a multiplex method based on the second position information in order to transmit a second optical signal from the QKD device (22) for generating the second quantum key (28 ₂ ) to point to the position of the second communication partner (24 ₂ ); and to generate the second quantum key (28 ₂ ) with the second communication partner (24 ₂ ).

Wireless communication node according to claim 5 or 6 , which is designed to iteratively transmit transmission signals and then receive reception signals; to iteratively determine the first position information.

Wireless communication node according to claim 8 , which is designed to increase an accuracy of the first position information in successive iterations.

Wireless communication node according to claim 9 , which is designed to direct the first optical signal of the QKD device (22) to the first communication partner (24 ₁ ) after the accuracy has at least reached an accuracy threshold value.

Wireless communication node according to any of Claims 5 until 9 , which is designed to determine the first position information for tracking a movement of the first communication partner (24 ₁ ); and to direct the first optical signal to the first communication partner (24 ₁ ) following the movement.

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the QKD device (22) comprises a (pointing acquisition) tracking system such as PAT system, which is adapted to direct using the position information the optical signal on the communication partner .

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the control device (32) is designed to evaluate the first received signal (36) as feedback from the communication partner to the transmitted signal (34) in order to determine the position information.

Wireless communication node according to claim 12 , in which the control device (32) is designed to evaluate the first received signal (36) for information as to whether the transmitted signal (34) was received; • a quality with which the transmission signal (34) was received; • a quality with which the first received signal (36) was received; • a position transmitted by the communication partner; and/or • a polarization of the transmission signal (34) at the communication partner in order to determine the position information using a parameter for transmitting the transmission signal (34).

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the wireless transceiver (12) is adapted to provide the wireless communication in a first wavelength range; and in which the QKD device (22) is designed to emit the optical signal in a second, disjoint wavelength range.

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the wireless transceiver (12) is adapted to establish wireless communication with the communication partner before the QKD device (22) provides the optical signal.

Wireless communication node according to claim 15 , In which the wireless transceiver (12) is designed to establish wireless communication unencrypted.

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the QKD device (22) is adapted to generate a quantum key (28) using a Discrete Variable Quantum Key Distribution approach (DV-QKD); or generate using a Continuous Variable Quantum Key Distribution (CV-QKD) approach.

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the QKD device (22) is designed to generate the first quantum key (28 ₁ ) with the first communication partner (24 ₁ ) using a first QKD approach; and to generate a third quantum key using a second, different QKD approach with the first or the second communication partner.

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the QKD device (22) is designed to direct the optical signal simultaneously to the first communication partner (24 ₁ ) and at least the second communication partner (24 ₂ ); and to simultaneously generate a quantum key (28) with the first communication partner (24 ₁ ) and the second communication partner (24 ₂ ).

Wireless communication node according to one of the preceding claims, in which the encrypted communication is based on an optical wireless communication or a wireless communication different therefrom.

Wireless communication node according to one of the preceding claims, which is designed to generate the first quantum key (28 ₁ ) and/or the second quantum key (28 ₂ ) with a plurality of communication partners and to use it for group communication with the plurality of communication partners.

Wireless communication node with: a wireless transceiver (12) configured to provide wireless communication in a communication area (14); a quantum key exchange, QKD, device (22) which is designed to generate a quantum key (28) with a communication partner by means of an optical signal; a control device (32) which is designed to control the wireless transceiver (12) in order to emit a transmission signal (34) with the wireless transceiver (12) into the communication area (14); and to evaluate a received signal received with the wireless transceiver (12) in response to the transmission signal (34) and transmitted by the communication partner; to obtain position information indicating a position of the communication partner in the communication area (14); wherein the control device (32) is designed to control the QKD device (22) based on the position information in order to direct the optical signal to the position of the communication partner; and to generate the quantum key (28) with the communication partner at the location.

Wireless communication node according to Claim 22 wherein the wireless transceiver is a radio wave transceiver; or at the the wireless transceiver is an optical wireless transceiver.

Wireless communication node with: a wireless transceiver (12) configured to provide wireless communication; a quantum key exchange, QKD, device (23) which is designed to generate a quantum key (28) with a communication partner by means of an optical signal; wherein the wireless communication node is designed to receive and evaluate a wireless signal; and to return to a transmitter of the wireless signal with the wireless transceiver (12) a response signal comprising position information of the wireless communication node.

Wireless communication node Claim 24 wherein the wireless transceiver is a radio wave transceiver; or wherein the wireless transceiver is an optical wireless transceiver.

Wireless communication node Claim 24 or 25 , which is designed to derive the position information from an information component of the received wireless signal, which is different for different positions in a communication area (14) of the communication partner.

Wireless communication node according to any of claims 24 until 26 , which is designed to exchange the quantum key (28) with the communication partner and to use the quantum key (28) for encrypted communication with another communication partner.

Wireless communication node according to any of claims 24 until 27 , which is designed to cyclically renew the quantum key (28).

Wireless communication node according to any of claims 24 until 28 , in which the encrypted communication is based on wireless communication or a different wireless communication with the communication partner or another communication partner.

A wireless system comprising: a wireless communication node according to any one of Claims 1 until 24 as a communications provider; and one or more wireless communication nodes according to any one of claims 24 until 29 as a communication user.

Wireless system according to Claim 30 , with a plurality of communication users; in which the communication provider is adapted to generate a respective quantum key (28) cyclically with each of the plurality of communication users; wherein the QKD device (22) is designed to use a multiplex method for simultaneously generating the plurality of quantum keys.

A method of wireless communication, comprising: providing wireless communication in a communication area (14); generating a first quantum key (28 ₁ ) with a first communication partner (24 ₁ ); and generating a second quantum key (28 ₂ ) with a second communication partner (24 ₂ ); and establishing a first encrypted communication with the first communication partner (24 ₁ ) using the first quantum key (28 ₁ ) and establishing a second encrypted communication with the second communication partner (24 ₂ ) using the second quantum key (28 ₂ ); operating the first encrypted communication and the second encrypted communication simultaneously.

Methods for wireless communication with: providing wireless communication in a communication area (14); generating a quantum key (28) with a communication partner using an optical signal; controlling the wireless communication to broadcast a broadcast signal (34) into the communication area (14); and evaluating a reception signal received in response to the transmission signal (34) and transmitted by the communication partner; to obtain position information indicating a position of the communication partner in the communication area (14); controlling the optical signal based on the position information to direct the optical signal to the position of the communication partner; and to exchange the quantum key (28) with the communication partner at the location.

A method for wireless communication, comprising: providing a wireless communication; receiving and evaluating a wireless signal; Sending back a response signal to a transmitter of the wireless signal, so that the response signal is a position information of the wireless com communication node; Generating a quantum key (28) with a communication partner by means of an optical signal.

Computer program with a program code for carrying out the method Claim 32 until 34 , if the program runs on a computer.