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連續變量量子密鑰分發系統及其同步實現方法.pdf

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連續 變量 量子 密鑰 分發 系統 及其 同步 實現 方法
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摘要
申請專利號:

CN201210181340.X

申請日:

2012.06.04

公開號:

CN102724036B

公開日:

2015.01.14

當前法律狀態:

有效性:

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04L 9/08申請日:20120604|||公開
IPC分類號: H04L9/08; H04L27/26 主分類號: H04L9/08
申請人: 上海交通大學
發明人: 申澤源; 肖俊俊; 何廣強; 曾貴華
地址: 200240 上海市閔行區東川路800號
優先權:
專利代理機構: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236 代理人: 郭國中
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201210181340.X

授權公告號:

102724036B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.14|||2012.12.05|||2012.10.10

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開一種連續變量量子密鑰分發系統及其同步實現方法,連續量子密鑰分發系統由光路部分和電路控制部分組成,路部分主要由激光器、衰減器、分束器、偏振控制器、幅度控制器、相位控制器、耦合器等組成。控制部分是發送端控制器模塊,由真隨機密鑰產生器、模擬電壓輸出、觸發時鐘輸出組成。同步方法包括位同步和幀同步兩個階段。本發明提出了一種全新的基于連續變量量子在光纖中特性的同步實現方案,推進了連續變量量子密鑰分發系統的實用化,同時有效的克服了在光通信過程中連續變量量子受到環境的影響對同步實現的干擾。

權利要求書

權利要求書
1.  一種連續變量量子密鑰分發系統,由光路部分和電路控制部分構成,其特征在于:
所述光路部分主要由激光器、衰減器、分束器、偏振控制器、幅度控制器、相位控制器和耦合器組成,激光器產生激光,激光出來后經過衰減器,衰減后的激光被分束器分成2束,1束經過偏振控制器、幅度控制器、相位控制器,然后與另外1束在耦合器相遇并耦合成1束激光;
所述電路控制部分主要由真隨機密鑰產生器、模擬電壓輸出控制電路和觸發時鐘電路組成,真隨機密鑰產生器產生密鑰,然后由模擬電壓輸出控制電路傳遞給光路器件,觸發時鐘電路是單獨用來觸發激光器的;
發送端:觸發時鐘信號產生觸發電平來觸發激光器發出激光脈沖,激光脈沖經過衰減器后大幅度衰減成準單光子信號,準單光子信號經過1:99的分束器分成2束信號,1束信號作為信息信號經過偏振控制器來調整光子的偏振,然后通過幅度控制器、相位控制器;幅度控制器和相位控制器把真隨機密鑰調制到光子載體上,然后與另外1束光在耦合器里面耦合成1束光傳送至光纖里面;其中真隨機密鑰是由真隨機密鑰產生器產生,真隨機密鑰通過模擬電壓輸出控制電路輸出到振幅調制器和相位調制器上;
接收端:光纖中的信號通過動態偏振控制器調整偏振,然后通過偏振分束器分成2束,
1束經過相位調制器和偏振調制器進行失真補償,然后與另1束一起進入分束器進行相干檢測。

2.  根據權利要求1所述的連續變量量子密鑰分發系統,其特征在于:所述幅度控制器、相位控制器調制范圍決定字符同步幀和標志幀。

3.  一種權利要求1所述的連續變量量子密鑰分發系統同步實現方法,其特征在于包括步驟如下:
(1)、連續變量量子密鑰分發端依據偏振控制器、幅度控制器的調節范圍,發送字符同步序列幀;
(2)、連續變量量子密鑰接收端從相干檢測器輸出信號中采樣,并且提取每一個脈沖的峰值,進行位同步;
(3)、在位同步成功的基礎上,連續變量量子密鑰接收端根據噪聲漲落水平,選擇交替數據判決門限,開始找字符開始時刻;對發送端發來的同步序列幀進行判斷,如果位同步沒有成功,繼續執行步驟(2);
(4)、若找到字符開始時刻,接收端向發送端發送字符同步幀成功信號,并且開始檢測標志幀,接收端接收到信號后,停止發送字符同步幀,轉而發送標志幀,然后進去步驟(5);若沒有找到字符開始時刻,繼續執行步驟(3);
(5)、若檢測到標志幀,則連續變量量子密鑰分發系統同步成功,通信開始;若沒有檢測到標志幀,則通信失敗,重步驟(1)重新開始。

4.  根據權利要求3所述的連續變量量子密鑰分發系統同步實現方法,其特征在于所述發送端中分發密鑰端調制器件調制范圍-V1~+V1,設計字符同步幀來進行尋找到字符準確的開始時刻,字符同步幀結構:取N1個點作為第一節,前N2個點設計為-V1、+V1的交替數據,后(N1-N2)個點的數據取為0,N1大于N2,第二節至第十節,每一節取N1個點,并且每個點的數據都為0,這十節數據組成一個字符同步幀,即字符同步幀(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,
+V1,0,0,0,0,……,0,),(0,0,……,0,)(0,0,……,0,)……(0,0,……,0,)。

5.  根據權利要求4所述的連續變量量子密鑰分發系統同步實現方法,其特征在于所述標志幀的設計:標志幀的數據長度為一幀,數據個數為10N1,分為10節,每一節的數據個數是N1,第一節和第二節選用-V1、+V1的交替數據,即交替數據的個數為2N1,后面8節數據為0;標志幀為:(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,+V1),(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,+V1),
(0,0,……,0,)……(0,0,……,0,)。

6.  根據權利要求3所述的連續變量量子密鑰分發系統同步實現方法,其特征在于所述檢測字符同步幀,檢測步驟如下:
(1).選取檢測到交替數據(-V1,+V1,……-V1,+V1)的判決門限,接收端接收的數據來源于相干檢測器后的數據,若調制的范圍(-V1~+V1),則檢測輸出的范圍(-V3~+V4),選取的判決門限為Thr:Thr=α*|-v3-(+v4)|,其中α為系統噪聲漲落水平,α∈(0.5~1);
(2).計算一幀里面連續的交替數據個數Tnum,從收到的幀的第一個數據開始,每一個數據都和后一個數據做差值并取絕對值,如果差值的絕對值大于判決門下Thr,那么Temp加1,若其中有一個差值絕對值小于Thr,如果Temp大于Tnum,那么把Temp賦值給Tnum,并使Temp為0;如果Temp小于Tnum,那么使Temp為0;一幀掃描計算結束后,得到Tnum值為N3;
(3).判斷字符同步是否成功,如果Tnum的值N3等于N2,那么就找到了字符的開始時刻,字符同步成功,結束操作;如果Tnum的值N3不等于N2,那么幀的選取移一節,然后重復上面操作,直到字符同步成功為止,若在時間T1時刻之前一直都沒找到,則通信失敗。

7.  根據權利要求3所述的連續變量量子密鑰分發系統同步實現方法,其特征在于所述檢測標志幀,檢測步驟如下:
(1).選取檢測到交替數據(-V1,+V1,……-V1,+V1)的判決門限,選用第一階段的判決門限Thr作為本階段的判決門限;
(2).統計一幀里面交替數據個數Tagnum,從收到的幀的第一個數據開始,每一個數據都和后一個數據做差值并取絕對值,如果差值的絕對值大于判決門下Thr,那么Tagnum加

1,  一幀掃描計算結束后,得到Tagnum值為N4;
(3).判斷這幀是否為標志幀,首先需要設置一個判斷標志幀的判決門限值N5,判決門限值N5的選取與通信系統環境造成的噪聲β有關,β∈(0.75~1),選取的判決門限值N5:N5=β*(10*N1);若Tagnum值N4大于N5,則確定此幀為標志幀,那么這幀結束后的第一個字符為幀頭開始時刻;若Tagnum值N4小于N5,那么此幀不是標志幀,通信失敗。

說明書

說明書連續變量量子密鑰分發系統及其同步實現方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種光纖通信技術領域的技術,具體地說,涉及的是一種連續變量量子密鑰分發系統及其同步實現方法。
背景技術
[0002]1999年Ralph首先從實驗角度提出了利用連續變量進行量子密鑰分發的概念并分析其安全性,連續變量量子密鑰分配迅速得到發展,各種方案相繼被提出。M.Hillery在
2000年從理論的角度上提出了基于壓縮態的量子密鑰分配方案。2001年,D.Gottesman和加州理工大學的J.Preskill采用連續變量糾錯碼的概念證明了他們提出的基于壓縮態的量子密鑰分配方案的安全性,這是第一次證明了連續變量量子密鑰分配的安全性。法國科學家N.J.Cerf提出了一種改進的方案,實現了全連續態的量子密鑰分配,這也是第一個真正意義上的連續變量量子密鑰分配方案。N.J.Cerf的方案極大提高的密鑰傳輸的速率,但是其實驗方案實現難度卻非常大。
[0003]2003年,F.Grosshans提出了基于相干態高斯調制的連續變量量子密鑰分發方案,這種不涉及光場的任何非經典性質的QKD方案具有極大的意義,由于它的實現非常容易,該方案引起了學術界的極大關注。在該方案中,量子態的檢測采用的是零差檢測,不需要單光子探測器。實驗表明,在無損耗的量子信道上,密鑰傳輸速率為1.7M/s;當信道損耗為3.1dB時,密鑰傳輸速率為75k/s。該實驗采用的量子信號為平均光子數為250個的相干光脈沖。由于相干光制備比較容易,所以該實驗方案的可重復性較高,也是目前各個研究機構重視和采用最多的一種方案。基于相干態高斯調制的連續變量量子密鑰分發方案的安全性證明相繼被提出。
[0004]經過各國科學家的不斷努力,研究人員逐漸掌握了連續量子密鑰分發實驗方案所需要的核心技術,主要包括以下幾個方面:
[0005]1、連續變量量子信號發生器
[0006]目前連續變量量子信號發生器主要分三類:相干激光脈沖源、壓縮態光量子、糾纏光量子。現在國際上主流都采用衰減后的微弱相干激光脈沖作為連續變量量子信號,這是因為相干激光脈沖源技術已經成熟、相干光制備比較容易實現。
[0007]2、連續變量量子信號的檢測技術
[0008]連續變量量子信號檢測采用相干檢測,檢測裝置為一對光電二極管,通過差分電路降低檢測器噪聲與本振光抖動,得到較高的靈敏度。這種檢測方式的最大優點是可以在常溫下工作,并且量子效率比單光子檢測器的效率要高得多,在1550nm電信光纖通信窗口波長上可以達到50%以上。
[0009]3、連續變量量子密鑰分發系統流程設計
[0010]連續變量量子信號的產生是相干激光脈沖經過衰減后得到連續變量量子信號,基本上在1個相干光脈沖內,光子數小于250個。由于相干光脈沖衰減到了量子級別,在光通信過程中,特別容易受到環境的影響,比如溫度、濕度、聲音等。這些環境因素造成的影響主
要體現在對光脈沖相位擾動上,從通信的角度看,這些影響使得誤碼率大大的增加。然而,傳統的強光通信中,這些問題對光通信系統的影響基本上可以忽略不計。這也使得傳統的光通信方面的一系列協議、流程設計在連續變量量子密鑰分發系統中并不實用。從通信層面上來看,一個系統需要通信,必須先實現系統之間的載波同步、位同步(碼元同步)、幀同步(群同步),在連續變量量子密鑰分發系統中,同步問題也是必須先實現的問題。
[0011]量子變量量子密鑰分發研究是一個結合密碼學、光纖通信、量子光學、和網絡通信等多個學科的前沿課題。目前這個方面的技術正受到國際學術界的關注,并且開始應用于現實生活中。
[0012]經檢索發現,中國發明專利申請號:201010108798.3,公開號為101800636A,該發明專利提供一種用于量子密鑰分發的同步裝置及同步方法,其中:
[0013]“一種用于量子密鑰分發的同步裝置,其特征在于:用于同步信號產生和編碼的同步信號編碼模塊信號輸出端與用以產生同步激光的同步激光發射模塊信號輸入端連接;所述同步激光發射模塊的信號輸出端通過光纖與用于光電轉換的光探測器和用于甄別的比較器電路模塊信號輸入端連接;光探測器和比較器電路模塊的信號輸出端分別與用于產生門控信號并且可調延時的可調延時電路模塊和使用一個幀計數器進行計數,對同步信息進行編碼的同步檢出和編碼模塊的信號輸入端連接。”
[0014]“用于量子密鑰分發同步裝置的同步方法,其特征在于包括以下步驟:(1)使用同步信號編碼模塊對信號進行編碼,產生同步光激光器的驅動信號;(2)所述驅動信號進入同步光激光發射模塊,進行電平轉換,對信號整形,并將同步激光發射;(3)發射的同步光和信號光耦合到同一根光纖中,從發送方傳送到接收方;(4)在接收方,使用同步光探測和甄別模塊中的光電二極管完成同步光的接收和光電轉換,并使用高性能比較器完成信號的甄別;(5)使用獨立可調延時電路,對步驟(4)采集到的信號進行延時,作為門控信號輸給單光子探測器;(6)對步驟(4)采集到的信號進行同步檢出,并結合單光子探測器得到的信號計數進行編碼。”
[0015]但是上述的同步裝置及同步方法不能適用于連續變量量子密鑰分發。
發明內容
[0016]本發明的目的在于針對連續變量量子密鑰分發系統同步方案的空白,提出了一種連續變量量子密鑰分發系統及其同步實現方法,推進了連續變量量子密鑰分發系統的實用化,同時有效的克服了在光通信過程中連續變量量子受到環境的影響對同步實現的干擾。[0017]為實現上述目的,本發明采用的技術方案如下:
[0018]本發明所述的連續變量量子密鑰分發系統,由光路部分和電路控制部分構成,其中:
[0019]所述光路部分主要由激光器、衰減器、分束器、偏振控制器、幅度控制器、相位控制器和耦合器組成,激光器產生激光,激光出來后經過衰減器,衰減后的激光被分束器分成2束,1束經過偏振控制器、幅度控制器、相位控制器,然后與另外1束在耦合器相遇并耦合成
1束激光;
[0020]所述電路控制部分主要由真隨機密鑰產生器、模擬電壓輸出控制電路和觸發時鐘電路組成,真隨機密鑰產生器產生密鑰,然后由模擬電壓輸出控制電路傳遞給光路器件,觸
發時鐘電路是單獨用來觸發激光器的;
[0021]發送端,觸發時鐘信號產生觸發電平來觸發激光器發出激光脈沖,激光脈沖經過衰減器后大幅度衰減成準單光子信號;準單光子信號經過1:99的分束器分成2束信號,1束信號作為信息信號經過偏振控制器來調整光子的偏振,然后通過幅度控制器、相位控制器。幅度控制器和相位控制器把真隨機密鑰調制到光子載體上,然后與另外1束光在耦合器里面耦合成1束光傳送至光纖里面。
[0022]接收端,光纖中的信號通過動態偏振控制器調整偏振,然后通過偏振分束器分成2束,1束經過相位調制器和偏振調制器進行失真補償;最后這1束激光與另1束一起進入分束器進行相干檢測。
[0023]本發明所述的連續變量量子密鑰分發系統同步實現方法,包括位同步和幀同步兩個階段,所述位同步階段是為了能從弱光光脈沖中準確的提取出調制信息;所述幀同步階段在位同步基礎上,準確的找出信號中一個字符、一個幀的開始時刻。
[0024]1、位同步階段
[0025]位同步階段:連續變量量子信號檢測采用相干檢測,檢測裝置輸出的是一個一個的弱光脈沖,然后通過A/D采樣,在采樣序列中提取出調制信息,也就是弱光脈沖上調制的密鑰信息。
[0026]位同步方案:要得到連續變量密鑰,需從相干檢測器輸出信號中采樣,并且提取出調制的那1個信息,光脈沖中調制信息最準確的體現是在光脈沖的峰值上,所以需要提取每一個脈沖的峰值。
[0027]2、幀同步階段
[0028]幀同步階段:幀同步第一個階段是找到第一個字符的開始時刻,第二個階段是在第一個階段上,準備找到每一個幀頭的開始時刻。
[0029] 找字符開始時刻,由于相干光脈沖衰減到了量子級別,特別容易受到環境的影響,造成強烈的相位擾動,這些影響使得誤碼率大大的增加。為了消去相位擾動需要相位補償模塊,而相位補償模塊又需要先同步,然后才能從相位補償幀中提取出需要補償的電壓值。所以,在幀同步階段,必須考慮這些環境因素帶來的極高誤碼率對通信的影響。
[0030]第一階段:找字符開始時刻
[0031]發送端中分發密鑰端調制器件調制范圍(-V1~+V1),設計一種特殊幀——字符同步幀來進行尋找到字符準確的開始時刻。字符同步幀結構:取N1個點作為第一節,前N2個點設計為-V1、+V1的交替數據,后(N1-N2)個點的數據取為0,這里必須N1大于N2,第二節至第十節,每一節取N1個點,并且每個點的數據都為0。這十節數據組成一個字符同步幀,即字符同步幀(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,+V1,0,0,0,0,……,0,),(0,0,……,0,)(0,0,……,
0,)……(0,0,……,0,)。
[0032]發送端一直重復發送字符同步幀,直到接收端準確確認了字符同步幀后,并且檢測到字符同步幀的開始時刻才停止。
[0033] 接收端在位同步基礎上,開始檢測字符同步幀,檢測的時候也是一幀一幀的檢測,發送端字符同步幀的數據長度為10N1,所以在接收端選取的幀長度也是N1。
[0034]所述檢測字符同步幀,檢測步驟如下:
[0035](1).選取檢測到交替數據(-V1,+V1,……-V1,+V1)的判決門限。接收端接收的數
據來源于相干檢測器后的數據,若調制的范圍(-V1~+V1),則檢測輸出的范圍(-V3~+V4)。本發明選取的判決門限為Thr:Thr=α*|-v3-(+v4)|,其中α為系統噪聲漲落水平,根據實際情況選取,α∈(0.5~1)。
[0036] (2).計算一幀里面連續的交替數據個數Tnum。從收到的幀的第一個數據開始,每一個數據都和后一個數據做差值并取絕對值,如果差值的絕對值大于判決門下Thr,那么Temp加1,若其中有一個差值絕對值小于Thr,如果Temp大于Tnum,那么把Temp賦值給Tnum,并使Temp為0;如果Temp小于Tnum,那么使Temp為0。一幀掃描計算結束后,得到Tnum值為N3。
[0037](3).判斷字符同步是否成功。如果Tnum的值N3等于N2,那么就找到了字符的開始時刻,字符同步成功,結束操作;如果Tnum的值N3不等于N2,那么幀的選取移一節,然后重復上面操作,直到字符同步成功為止,若在時間T1時刻之前一直都沒找到,則通信失敗。[0038]第二個階段:找幀頭開始時刻
[0039]在找字符同步成功的基礎上,開始尋找幀頭開始時刻。當發送端接到接收端發送過來的找字符時刻成功的信號后,發送一個用來尋找幀頭時刻的特殊幀—標志幀。接收端當檢測出這個標志幀后,就能得到每一幀的確切開始時刻。
[0040] 標志幀的設計和檢測必須能適應連續量子在相位校正之前出現的高誤碼率情況,標志幀的設計:標志幀的數據長度為一幀,數據個數為10N1,分為10節,每一節的數據個數是N1,第一節和第二節選用-V1、+V1的交替數據,即交替數據的個數為2N1,后面8節數據為0。標志幀為:(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,+V1),(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,+V1),
(0,0,……,0,)……(0,0,……,0,)。
[0041]接收端檢測時,交替數組的判決門限是第一階段的判決門限Thr,檢測方式與第一階段略有不同,第一階段里面是檢測字符同步幀里面連續交替數據的個數,而在這里,是檢測標志幀里面出現的交替數據個數。
[0042] 所述檢測標志幀,檢測步驟如下:
[0043] (1).選取檢測到交替數據(-V1,+V1,……-V1,+V1)的判決門限。選用第一階段的判決門限Thr作為本階段的判決門限。
[0044](2).統計一幀里面交替數據個數Tagnum。從收到的幀的第一個數據開始,每一個數據都和后一個數據做差值并取絕對值,如果差值的絕對值大于判決門下Thr,那么Tagnum加1,一幀掃描計算結束后,得到Tagnum值為N4。
[0045] (3).判斷這幀是否為標志幀。首先需要設置一個判斷標志幀的判決門限值N5,判決門限值N5的選取與通信系統環境造成的噪聲β有關,β∈(0.75~1)。這選取的判決門限值N5:N5=β*(10*N1)。若Tagnum值N4大于N5,則確定此幀為標志幀,那么這幀結束后的第一個字符為幀頭開始時刻。若Tagnum值N4小于N5,那么此幀不是標志幀,通信失敗。[0046] 相干光脈沖衰減到了量子級特別容易受到環境的影響,造成強烈的相位擾動,這些影響使得誤碼率大大的增加。采用上述技術方案,本發明有效的克服了在光通信過程中連續變量量子受到環境的影響對同步實現的干擾,誤碼率大大的降低。
附圖說明
[0047] 圖1為連續量子密鑰分發系統的框圖。
[0048]圖2為字符同步幀和標志幀的幀結構。
具體實施方式
[0049]下面對本發明的實施例作詳細說明,本實施例以本發明技術方案為前提進行實施,給出了詳細的實施方式和具體的操作過程,但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。[0050]實施例1
[0051]如圖1所示,本實施例提供一種連續變量量子分發系統,發送端包括光路部分和電路控制部分,光路部分主要由激光器、衰減器、分束器、偏振控制器、幅度控制器、相位控制器、耦合器等組成。電路控制部分是發送端控制器模塊,由真隨機密鑰產生器、2路模擬電壓輸出、1路時鐘觸發構成。真隨機密鑰產生器是為了產生真隨機密鑰,2路模擬電壓輸出是通過控制振幅調制器和相位調制器把密鑰調制到光脈沖上,1路時鐘信號是用來觸發激光源。
[0052]本實施例系統將從半導體激光器發出的激光脈沖大幅度衰減產生的準單光子作為信息載體——激光光源屬相干光源,其光子數分布滿足泊松分布,將脈沖激光衰減到平均每個脈沖0.1個光子時,每個脈沖含1個以上光子的概率僅為0.5%,此時的光脈沖表現出不可克隆等量子屬性,本發明把這種由激光器和衰減器構成的準單光子源作為量子信號發生器。激光器的輸出頻率由觸發時鐘頻率決定,若連續變量密鑰發送端分發速率為R1(bit/s),那么為了使得1個光脈沖調制1個信息,觸發時鐘頻率則為R1(Hz)。光脈沖通過1/99分束器,1的那路是信號光,通過偏振控制器使得與99本振光偏振相差90度,然后密鑰通過幅度調制器或者是相位調制器調制到信號光脈沖上,為了把密鑰信息調制準確調
制到光脈沖上,那么2路模擬電壓輸出頻率也為R(1
Hz)。調制好后通過耦合器耦合本振光
輸出到信道上。經過信道后,動態偏振控制器的作用是消除信道噪聲對光脈沖的偏振影響,通過偏振分束器后,把信號光與本振光分開,信號光通過相位控制器來選擇測量的分量,在經過偏振控制器的微調,使得相干檢測器的輸出為調制輸入信號。檢測輸出的弱光脈沖的頻率為R1(Hz),為了能更準備得到調制信息,接收端控制器的A/D采樣速率選取100R1
(bit/s)。
[0053] 實施例2
[0054] 本實施例提供一種連續變量量子密鑰分發系統同步實現方法,具體步驟如下:[0055] (1)、連續變量量子密鑰分發端依據偏振控制器、幅度控制器的調節范圍,發送字符同步序列幀。
[0056] (2)、連續變量量子密鑰接收端從相干檢測器輸出信號中采樣,并且提取提取每一個脈沖的峰值。進行位同步。
[0057](3)、在位同步成功的基礎上,連續變量量子密鑰接收端根據噪聲漲落水平,選擇交替數據判決門限,開始找字符開始時刻。對發送端發來的同步序列幀進行判斷。如果位同步沒有成功,繼續執行步驟(2)。
[0058] (4)、若找到字符開始時刻,接收端向發送端發送字符同步幀成功信號,并且開始檢測標志幀。接收端接收到信號后,停止發送字符同步幀,轉而發送標志幀,然后進去步驟
(5)。若沒有找到字符開始時刻,繼續執行步驟(3)。
[0059] (5)、若檢測到標志幀,則連續變量量子密鑰分發系統同步成功,通信開始。若沒有
檢測到標志幀,則通信失敗,重步驟(1)重新開始。
[0060]如圖2所示,發送端中分發密鑰端調制器件調制范圍(-V1~+V1),設計字符同步幀來進行尋找到字符準確的開始時刻。字符同步幀結構:取N1個點作為第一節,前N2個點設計為-V1、+V1的交替數據,后(N1-N2)個點的數據取為0,這里必須N1大于N2,第二節至第十節,每一節取N1個點,并且每個點的數據都為0。這十節數據組成一個字符同步幀,即字符同步幀(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,+V1,0,0,0,0,……,0,),(0,0,……,0,)(0,0,……,
0,)……(0,0,……,0,)。
[0061] 標志幀的設計和檢測必須能適應連續量子在相位校正之前出現的高誤碼率情況,標志幀的設計:標志幀的數據長度為一幀,數據個數為10N1,分為10節,每一節的數據個數是N1,第一節和第二節選用-V1、+V1的交替數據,即交替數據的個數為2N1,后面8節數據為0。標志幀為:(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,+V1),(-V1,+V1,-V1,+V1,……-V1,+V1),
(0,0,……,0,)……(0,0,……,0,)。
[0062]連續變量量子密鑰分發開始前,必須進行端與端的同步,本實施例把同步分為2個階段,第一個階段是位同步階段,第二個階段為幀同步階段,幀同步階段又細分為2個步驟,第一個步驟是找字符開始時刻,第二個步驟是找幀頭開始時刻。
[0063]位同步階段的具體步驟如下:連續變量密鑰發送端分發速率為R1(bit/s),接收端控制器的A/D采樣速率為100R1(bit/s),則需要從100個數值中提取出信號值。光脈沖的信號調制值為脈沖的峰值,因此位同步過程就是提取峰值過程。提取峰值的操作可以視為提取數組的最大值操作,即從100個值組成的數組中提取最大值,取出的最大值即是信號調制的值。經過提取調制信息這個階段,最終成碼率為R1(bit/s)。
[0064]幀同步階段的具體步驟如下:在位同步基礎上,發送端發送字符同步幀,在沒有接收到接收端發來的已完成字符同步信號,一直發送字符同步幀。接收端方面先根據實際噪聲環境情況,先選取交替數組的判決門限,然后開始檢測字符同步幀并且進行判決。先計算一幀里面連續的交替數據個數Tnum,若Tnum的值N3等于N2,那么就找到了字符的開始時刻,字符同步成功,結束操作;若Tnum的值N3不等于N2,那么幀的選取移一節,然后重復上面操作,直到字符同步成功為止,若在時間T1時刻之前一直都沒找到,則通信失敗。在字符同步成功的基礎上,進行第二階段找幀頭開始時刻。接收端字符同步成功后給發送端發送字符同成功信號,接收端在接收到字符同步成功的信號,停止發送字符同步幀,發送標志幀,然后開始發送密鑰數據,進入密鑰分發階段。接收端發送完字符同步成功信號后,進入檢測標志幀階段,標志幀檢測時,選用位同步中交替數組判決門限為本次門限,根據實際噪聲環境情況確定標志幀的判決門限N5。開始統計每一幀里面交替數據個數Tagnum,當Tagnum值N4大于N5,則確定此幀為標志幀,那么這幀結束后的第一個字符為數據幀頭開始時刻,進入密鑰分發數據階段。若Tagnum值N4小于N5,那么此幀不是標志幀,接著判斷下一幀,若經過一段時間一直都沒找到標志幀,則通信失敗,從位同步階段開始重試。
[0065]相干光脈沖衰減到了量子級特別容易受到環境的影響,造成強烈的相位擾動,這些影響使得誤碼率大大的增加。本發明上述的同步實現方案,是完全能克服上面這些環境的影響。
[0066]盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹,但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后,對于本發明的
多種修改和替代都將是顯而易見的。因此,本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。

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