量子信道与经典信道的合纤QKD系统及其传输方法技术方案

本发明专利技术公开了一种量子信道与经典信道的合纤QKD系统及其传输方法，包括发送端和接收端，还包括第一经典通信设备和第二经典通信设备，发送端包括第一核心板、第一FPGA主控模块、第一量子光模块、第一同步光模块和第一合波分波器，接收端包括第二核心板、第二FPGA主控模块、第二量子光模块、第二同步光模块和第二合波分波器，第一经典通信设备与第一核心板通过网口PHY芯片连接，第二核心板与第二经典通信设备通过网口PHY芯片连接。本发明专利技术中的量子信道可以与现有的经典通信设备共用光纤，且能在一根光纤中并行传输，极大的减少了光纤资源和节约成本；且兼容网口和光口两种方式，在产品通用性上更好。

Synthetic fiber QKD system of quantum channel and classical channel and its transmission method

The invention discloses a combined fiber QKD system of quantum channel and classical channel and its transmission method, including a transmitter and a receiver, a first classical communication device and a second classical communication device. The transmitter includes a first core board, a first FPGA master control module, a first quantum optical module, a first synchronous optical module and a first combination. The receiver consists of a second core board, a second FPGA master control module, a second quantum optical module, a second synchronous optical module and a second combined wave divider. The first classical communication device is connected with the first core board through the network port PHY chip, and the second core board is connected with the second classical communication device through the network port PHY chip. The quantum channel in the invention can share the optical fiber with the existing classical communication equipment, and can transmit in a single optical fiber in parallel, greatly reducing the optical fiber resources and saving the cost, and compatible with the network port and the optical port, so the product is more versatile.

【技术实现步骤摘要】
量子信道与经典信道的合纤QKD系统及其传输方法
本专利技术涉及量子密钥分配系统，具体涉及一种量子信道与经典信道的合纤QKD系统及其传输方法。
技术介绍
量子信道与经典信道的合纤系统，解决了由于铺设专用量子信道光纤造成的高成本，简化了量子密码网络部署，促进了量子密码通信网络建设的步伐。但是由于量子信号与经典信号巨大的光强差异，经典信号产生的非线性噪声将会对QKD设备造成影响，然而QKD中的协商信号也属于经典信号。QKD中需要协商信号对数据进行处理，在波分复用系统中协商信号如何实现才能保证QKD系统的正常运行，又对经典通信系统无影响是目前研究的课题。现有的QKD系统，主要分为两种模式，一种为双纤系统，量子信道占一根光纤，协商信道占用一根光纤，设备运行需要占用2根光纤；还有一种为时分复用系统，量子信道和协商信道占用一根光纤，采用分时传输的方式进行，一段时间单独传输量子信号，一段时间单独传输协商信号。上述两种方式中，量子信道占用的光纤只能作为QKD设备使用，无法与经典通信设备在一根光纤中并行传输。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种量子信道与经典信道的合纤QKD系统及其传输方法，本量子信道与经典信道的合纤QKD系统及其传输方法直接可以与现有的经典通信设备共用光纤，且量子光信号和经典光信号能在一根光纤中并行传输，极大的减少了光纤资源和节约成本；另本专利技术兼容网口和光口两种方式，在产品通用性上更好。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种量子信道与经典信道的合纤QKD系统，包括发送端和接收端，还包括第一经典通信设备和第二经典通信设备，所述发送端包括第一核心板、第一FPGA主控模块、第一量子光模块、第一同步光模块和第一合波分波器，所述接收端包括第二核心板、第二FPGA主控模块、第二量子光模块、第二同步光模块和第二合波分波器，所述第一经典通信设备与第一核心板通过网口PHY芯片连接，所述第一核心板与第一FPGA主控模块通过网口PHY芯片连接，所述第一FPGA主控模块分别与第一量子光模块和第一同步光模块电连接，所述第一量子光模块、第一同步光模块和第一经典通信设备均与第一合波分波器通过光纤连接，所述第一合波分波器与第二合波分波器通过光纤连接，所述第二合波分波器分别与第二量子光模块、第二同步光模块和第二经典通信设备通过光纤连接，所述第二量子光模块和第二同步光模块均与第二FPGA主控模块电连接，所述第二FPGA主控模块与第二核心板通过网口PHY芯片连接，所述第二核心板与第二经典通信设备通过网口PHY芯片连接,所述第一经典通信设备和第二经典通信设备通过光纤连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述发送端还包括第一经典光模块，所述接收端还包括第二经典光模块，所述第一FPGA主控模块与第一经典光模块电连接，所述第一经典光模块与第一合波分波器通过光纤连接，所述第二合波分波器与第二经典光模块通过光纤连接，所述第二经典光模块与第二FPGA主控模块电连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，第一量子光模块包括量子光激光器，第一同步光模块包括同步光激光器，所述第二量子光模块包括单光子探测器，所述第二同步光模块包括同步光探测器。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述第一经典光模块和第二经典光模块均包括经典信号激光器和经典信号探测器。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述第一经典通信设备和第二经典通信设备采用OTN光传送网设备、PTN分组传送网设备、SDH光传输设备、光端机或光纤收发器。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述第一核心板和所述第二核心板均包括PCB板、处理器和存储器。为实现上述技术目的，本专利技术采取的另一个技术方案为：一种量子信道与经典信道的合纤QKD系统的传输方法，包括网口传输方法，所述网口传输方法具体包括以下步骤：（1）第一核心板分别通过网口PHY芯片发送控制信号到第一FPGA主控模块和第一经典通信设备，第一FPGA主控模块分别发送控制信号到第一量子光模块和第一同步光模块；（2）第一经典通信设备发送波长为λ1的第一经典光到第一合波分波器，第一量子光模块发送波长为λ2的量子光到第一合波分波器，第一同步光模块发送波长为λ3的同步光到第一合波分波器，其中|λ1-λ2|≥Δλ，Δλ为经典光信号对量子光信号无影响时的波长间隔；同时，第二经典通信设备通过光纤发送波长为λ1的第二经典光到第一经典通信设备；（3）第一合波分波器将波长为λ1的第一经典光、波长为λ2的量子光和波长为λ3的同步光复用到一根光纤中并传输到第二合波分波器；（4）第二合波分波器将波长为λ1的第一经典光、波长为λ2的量子光和波长为λ3的同步光分离，并将波长为λ1的第一经典光传输到第二经典通信设备，将波长为λ2的量子光传输到第二量子光模块，将波长为λ3的同步光传输到第二同步光模块；（5）第一经典通信设备探测波长为λ1的第二经典光并将探测到的经典信号通过网口PHY芯片发送到第一核心板，同时，第二经典通信设备探测波长为λ1的第一经典光并将探测到的经典信号通过网口PHY芯片发送到第二核心板，第二量子光模块对波长为λ2的量子光进行探测并将探测到的量子密钥信号发送到第二FPGA主控模块，第二同步光模块对波长为λ3的同步光进行探测并将探测到的同步信号发送到第二FPGA主控模块，第二FPGA主控模块对量子密钥信号做同步，并将同步后的量子密钥信号通过网口PHY芯片发送到第二核心板；为实现上述技术目的，本专利技术采取的第三个技术方案为：一种量子信道与经典信道的合纤QKD系统的传输方法，包括光口传输方法，所述光口传输方法具体包括以下步骤:（a）第一核心板通过网口PHY芯片发送控制信号到第一FPGA主控模块，第一FPGA主控模块分别发送控制信号到第一量子光模块、第一同步光模块和第一经典光模块；（b）第一经典光模块发送波长为λ5的第一经典光到第一合波分波器，第一量子光模块发送波长为λ2的量子光到第一合波分波器，第一同步光模块发送波长为λ3的同步光到第一合波分波器，其中|λ5-λ2|≥Δλ，Δλ为经典光信号对量子光信号无影响时的波长间隔；同时，第二经典光模块根据第二FPGA主控模块的控制指令发送波长为λ4的第二经典光到第二合波分波器，其中|λ4-λ2|≥Δλ；（c）第一合波分波器将波长为λ5的第一经典光、波长为λ2的量子光和波长为λ3的同步光复用到一根光纤中并传输到第二合波分波器；第二合波分波器将波长为λ4的第二经典光通过光纤传输到第一合波分波器；（d）第二合波分波器将波长为λ5的第一经典光、波长为λ2的量子光和波长为λ3的同步光分离，并将波长为λ5的第一经典光传输到第二经典光模块，将波长为λ2的量子光传输到第二量子光模块，将波长为λ3的同步光传输到第二同步光模块；第一合波分波器将波长为λ4的第二经典光传输到第一经典光模块；（e）第一经典光模块对波长为λ4的第二经典光进行探测并将探测到的经典信号发送到第一FPGA主控模块，第一FPGA主控模块将经典信号发送到第一核心板；第二经典光模块对波长为λ5的第一经典光进行探测并将探测到的经典信号发送到第二FPGA主控模块，第二量子光模块对波长为λ2的量子光进行探测并将探测到的量子密钥信号发送到第二FPGA主控模块，第二同步光模块对波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子信道与经典信道的合纤QKD系统，包括发送端和接收端，其特征在于：还包括第一经典通信设备和第二经典通信设备，所述发送端包括第一核心板、第一FPGA主控模块、第一量子光模块、第一同步光模块和第一合波分波器，所述接收端包括第二核心板、第二FPGA主控模块、第二量子光模块、第二同步光模块和第二合波分波器，所述第一经典通信设备与第一核心板通过网口PHY芯片连接，所述第一核心板与第一FPGA主控模块通过网口PHY芯片连接，所述第一FPGA主控模块分别与第一量子光模块和第一同步光模块电连接，所述第一量子光模块、第一同步光模块和第一经典通信设备均与第一合波分波器通过光纤连接，所述第一合波分波器与第二合波分波器通过光纤连接，所述第二合波分波器分别与第二量子光模块、第二同步光模块和第二经典通信设备通过光纤连接，所述第二量子光模块和第二同步光模块均与第二FPGA主控模块电连接，所述第二FPGA主控模块与第二核心板通过网口PHY芯片连接，所述第二核心板与第二经典通信设备通过网口PHY芯片连接,所述第一经典通信设备和第二经典通信设备通过光纤连接。

【技术特征摘要】
1.一种量子信道与经典信道的合纤QKD系统，包括发送端和接收端，其特征在于：还包括第一经典通信设备和第二经典通信设备，所述发送端包括第一核心板、第一FPGA主控模块、第一量子光模块、第一同步光模块和第一合波分波器，所述接收端包括第二核心板、第二FPGA主控模块、第二量子光模块、第二同步光模块和第二合波分波器，所述第一经典通信设备与第一核心板通过网口PHY芯片连接，所述第一核心板与第一FPGA主控模块通过网口PHY芯片连接，所述第一FPGA主控模块分别与第一量子光模块和第一同步光模块电连接，所述第一量子光模块、第一同步光模块和第一经典通信设备均与第一合波分波器通过光纤连接，所述第一合波分波器与第二合波分波器通过光纤连接，所述第二合波分波器分别与第二量子光模块、第二同步光模块和第二经典通信设备通过光纤连接，所述第二量子光模块和第二同步光模块均与第二FPGA主控模块电连接，所述第二FPGA主控模块与第二核心板通过网口PHY芯片连接，所述第二核心板与第二经典通信设备通过网口PHY芯片连接,所述第一经典通信设备和第二经典通信设备通过光纤连接。2.根据权利要求1所述的量子信道与经典信道的合纤QKD系统，其特征在于：所述发送端还包括第一经典光模块，所述接收端还包括第二经典光模块，所述第一FPGA主控模块与第一经典光模块电连接，所述第一经典光模块与第一合波分波器通过光纤连接，所述第二合波分波器与第二经典光模块通过光纤连接，所述第二经典光模块与第二FPGA主控模块电连接。3.根据权利要求1所述的量子信道与经典信道的合纤QKD系统，其特征在于：第一量子光模块包括量子光激光器，第一同步光模块包括同步光激光器，所述第二量子光模块包括单光子探测器，所述第二同步光模块包括同步光探测器。4.根据权利要求2所述的量子信道与经典信道的合纤QKD系统，其特征在于：所述第一经典光模块和第二经典光模块均包括经典信号激光器和经典信号探测器。5.根据权利要求1所述的量子信道与经典信道的合纤QKD系统，其特征在于：所述第一经典通信设备和第二经典通信设备采用OTN光传送网设备、PTN分组传送网设备、SDH光传输设备、光端机或光纤收发器。6.根据权利要求1所述的量子信道与经典信道的合纤QKD系统，其特征在于：所述第一核心板和所述第二核心板均包括PCB板、处理器和存储器。7.一种根据权利要求1所述的量子信道与经典信道的合纤QKD系统的传输方法，其特征在于：包括网口传输方法，所述网口传输方法具体包括以下步骤：（1）第一核心板分别通过网口PHY芯片发送控制信号到第一FPGA主控模块和第一经典通信设备，第一FPGA主控模块分别发送控制信号到第一量子光模块和第一同步光模块；（2）第一经典通信设备发送波长为λ1的第一经典光到第一合波分波器，第一量子光模块发送波长为λ2的量子光到第一合波分波器，第一同步光模块发送波长为λ3的同步光到第一合波分波器，其中|λ1-λ2|≥Δλ，Δλ为经典光信号对量子光信号无影响时的波长间隔；同时，第二经典通信设备通过光纤发送波长为λ1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启发，苗春华，黄敦锋，刘云，韩正甫，李威，刘婧婧，宋晨，王立霞，李欢，
申请(专利权)人：安徽问天量子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34