适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及计算机领域，一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置，该装置包括：与量子传输信道连接的分束器、分别与所述分束器连接的时钟恢复模块和平衡零拍探测器、与所述平衡零拍探测器连接的放大器、与所述放大器连接的分路器、与所述分路器连接的延时模块、分别与所述时钟恢复模块和延时模块连接的高速模数转换器（ADC,Analog‑to‑Digital Converter）采样模块、FGPA（Field Programmable Gate Array）内部逻辑模块。本发明专利技术还涉及一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复方法。

【技术实现步骤摘要】
适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置及方法
本专利技术涉及计算机领域，尤其涉及一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置及方法。
技术介绍
量子通信已经被证明具有经典通信无法超越的优势，例如量子通信具有高效率、高速度的特点，并且具有绝对安全性。量子隐形传输系统作为量子通信的重要元素以及基本架构，还可以作为一种量子中继器，为构建量子通信网络提供有力支撑，该传输方案可以推广运用到电力等行业的重要业务的传输网络中。量子隐形传输系统在接收端采用平衡零拍探测器对信号进行光电转化，为了保证信号的恢复精度需要使用高精度模数转化器(ADC)进行转化，同时为了保证信号的保真度，需要使用高采样率在高信号质量区间进行采样。由于信号的保真度与量子隐形传输系统传输信息密切相关，能够实时恢复高保真度的信号，成为量子隐形传输系统从实验室走向实际应用的关键技术之一。现有的量子隐形传输系统接收端信号的恢复技术采用示波器作为高速采集装置，对平衡零拍探测器输出的电信号进行采样。整个采样过程虽然可以使用示波器采用在线模式实时将数据高速采集，由于示波器在采样精度方面有所限制，部分高精度示波器价格非常昂贵，很难在实际应用环境中实现数据的实时处理；在信号的数据处理方面，采样得到的大量数据需在计算机上进行缓存，然后通过计算软件做离线后处理，完成信号的恢复。由于对信号的恢复计算过程需要大量的信号数据，并且在计算过程中会也产生大量的中间数据，这必将对数据处理过程中的数据缓存容量和数据吞吐速率提出很大的要求，然而计算机和基于计算机的计算软件在这方面很难达到，这样在很大的程度上限制了量子隐形传输系统的实用化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置及方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置，该装置包括：与量子传输信道连接的分束器、分别与所述分束器连接的时钟恢复模块和平衡零拍探测器、与所述平衡零拍探测器连接的放大器、与所述放大器连接的分路器、与所述分路器连接的延时模块、分别与所述时钟恢复模块和延时模块连接的高速模数转换器(ADC,Analog-to-DigitalConverter)采样模块、FGPA(FieldProgrammableGateArray)内部逻辑模块，FGPA(FieldProgrammableGateArray)内部逻辑模块包括数据同步单元、与所述数据处理单元连接的数据监测单元、与所述数据监测单元连接的控制单元，所述控制单元分别与所述延时模块和所述高速模数转换器采样模块连接，所述数据处理单元通过网口与控制室连接，所述平衡零拍探测器，用于对量子隐形传输系统输出的振幅和位相信息进行探测，所述FPGA用于通过控制所述高速模数转换器采集模块，实现对输出的电信号采集,得到数据，并将数据回传到FPGA内部，同时利用所述FPGA内部逻辑搭建信号恢复算法进行实时数据处理和恢复。进一步的，所述延时模块包括多个延时单元，所述高速模数转换器采样模块包括与延时单元同样多个模数转换器采样单元，每个延时单元都与一个模数转换器采样单元一一对应连接，所述FPGA通过控制所述高速模数转换器采集模块的各个模数转换器采样单元，实现对输出的电信号的高速同步采集。进一步的，所述高速模数转换器采样模块基于时分复用原理进行采样，并结合信号延迟模块，将单个信号在一个模数转换器采样周期内进行多次采样。进一步的，所述信号恢复算法通过FPGA内部硬件资源实现。本专利技术还提供一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复方法，其中，采用上述任一项所述的装置，所述方法包括：第一步，量子隐形传输系统时钟在接收端通过时钟恢复模块获得系统发送端传输时钟，实现量子隐形传输发送端和接收端的系统时钟同步；第二步，在信息传输过程中，通过在有效传输信息前端添加数据同步码的方式实现量子隐形传输双方的数据同步；第三步，通过平衡零拍探测器获得传输信号后，通过放大器对所述传输信号的幅值进行放大，所述传输信号进入分路器分为多路分传输信号，每路所述分传输信号分别进入对应的延迟模块和高速模数转换器采集模块，接收端通过时钟恢复模块重新获得量子隐形传输系统发送端时钟，通过锁相环生成多路同步时钟信号，分别传输到高速模数转换器采集模块中的各个模数转换器采样单元；第四步，FPGA通过对每路延时单元的信号延迟参数和高速模数转换器采样模块中模数转换器的采样率的参数进行配置；第五步，多个模数转换器采样单元同时采集数据，将采集的信号数据传输到FPGA内部的数据同步单元进行数据同步，数据同步单元将信号数据发送到数据处理单元，通过在数据处理单元执行信号恢复算法以实现对信号数据的恢复。进一步的，第一步中，量子隐形传输系统时钟在接收端通过时钟恢复模块得到发送时钟并实现发送与接收端的时钟同步，对单模光纤中本地光场和信号光场进行偏振解复用，提取一部分本地光场作为系统同步时钟恢复，时钟恢复模块包括时钟整形电路和锁相环时钟电路，接收端系统时钟在时钟恢复模块的整形电路对时钟信号的输出电平进行整形处理，输出规则的时钟信号进入到锁相环时钟电路，锁相环时钟电路可提供低抖动、高频率的多路时钟信号；接收端通过在调制器上加载正交振幅和正交位相测量基，最后利用平衡零拍探测器将信号光场的正交振幅分量和正交位相分量以电信号输出。进一步的，第五步中，通过在FPGA内部实现的数据处理单元进行信号恢复，实现对信号数据的高保真度恢复，信号数据的高保真度恢复采用高保真度信号采样寻优控制流程对最佳采样区间进行控制。其中，高速高精度采集过程中将同步码信号实时保真度作为控制信息。进一步的，第五步中，最佳采样区间进行控制算法中，实现一个模数转换器采样周期范围内多个模数转换器采样单元的均匀采样和循环采样模式，通过动态调节延迟模块延迟参数，实现一个模数转换器采样周期内最佳采样区间的调节。进一步的，采用高保真度信号采样寻优控制流程对最佳采样区间进行控制，包括：步骤1：接收端进行初始化配置：设置各路信号相对延迟为0，采样周期为Ts，寻优总循环次数为L,延时模块步进延迟时间上限为ΔTd；步骤2：信号周期为T，则在每个信号周期内有m＝T/Ts个采样点；步骤3：将各个模数转换器采样单元采样的每个信号周期内的m个点的数据data1～datam回传到FPGA的数据同步单元，并进行7位同步码判断，如果判断为同步码进入步骤4，否则继续采样并判断；步骤4：数据处理单元对单个同步码元信号的m个采样点的保真度η进行计算，排序并取保真度最大值ηmax，记录此时的采样点为步骤5：取所述保真度最大值ηmax与预设的保真度阈值ηst比较，如果ηmax<ηst，则进入循环采样寻优过程步骤6；步骤6：以其中一路模数转换器采样单元为基准分别调整其他各路(四路)模数转换器采样单元的信号之间相对延迟间隔Δt＝Ts/5，每路模数转换器采样单元对信号按照时分复用的原理，以所述采样点为中心点在[-Ts/2,Ts/2]的信号区间内采样。步骤7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置，其特征在于：该装置包括与量子传输信道连接的分束器、分别与所述分束器连接的时钟恢复模块和平衡零拍探测器、与所述平衡零拍探测器连接的放大器、与所述放大器连接的分路器、与所述分路器连接的延时模块、分别与所述时钟恢复模块和延时模块连接的高速模数转换器采样模块、FGPA内部逻辑模块，FGPA内部逻辑模块包括数据同步单元、与所述数据处理单元连接的数据监测单元、与所述数据监测单元连接的控制单元，所述控制单元分别与所述延时模块和所述高速模数转换器采样模块连接，所述数据处理单元通过网口与控制室连接，所述平衡零拍探测器，用于对量子隐形传输系统输出的振幅和位相信息进行探测，所述FPGA用于通过控制所述高速模数转换器采集模块，实现对输出的电信号采集,得到数据，并将数据回传到FPGA内部，同时利用所述FPGA内部逻辑搭建信号恢复算法进行实时数据处理和恢复。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置，其特征在于：该装置包括与量子传输信道连接的分束器、分别与所述分束器连接的时钟恢复模块和平衡零拍探测器、与所述平衡零拍探测器连接的放大器、与所述放大器连接的分路器、与所述分路器连接的延时模块、分别与所述时钟恢复模块和延时模块连接的高速模数转换器采样模块、FGPA内部逻辑模块，FGPA内部逻辑模块包括数据同步单元、与所述数据处理单元连接的数据监测单元、与所述数据监测单元连接的控制单元，所述控制单元分别与所述延时模块和所述高速模数转换器采样模块连接，所述数据处理单元通过网口与控制室连接，所述平衡零拍探测器，用于对量子隐形传输系统输出的振幅和位相信息进行探测，所述FPGA用于通过控制所述高速模数转换器采集模块，实现对输出的电信号采集,得到数据，并将数据回传到FPGA内部，同时利用所述FPGA内部逻辑搭建信号恢复算法进行实时数据处理和恢复。


2.根据权利要求1所述的一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置，其特征在于：所述延时模块包括多个延时单元，所述高速模数转换器采样模块包括与延时单元同样多个模数转换器采样单元，每个延时单元都与一个模数转换器采样单元一一对应连接，所述FPGA通过控制所述高速模数转换器采集模块的各个模数转换器采样单元，实现对输出的电信号的高速同步采集。


3.根据权利要求1所述的一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置，其特征在于：所述高速模数转换器采样模块基于时分复用原理进行采样，并结合信号延迟模块，将单个信号在一个模数转换器采样周期内进行多次采样。


4.根据权利要求1所述的一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置，其特征在于：所述信号恢复算法通过FPGA内部硬件资源实现。


5.一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复方法，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的适用于量子隐形传输系统的信号恢复装置，所述方法包括：
第一步，量子隐形传输系统时钟在接收端通过时钟恢复模块获得系统发送端传输时钟，实现量子隐形传输发送端和接收端的系统时钟同步；
第二步，在信息传输过程中，通过在有效传输信息前端添加数据同步码的方式实现量子隐形传输双方的数据同步；
第三步，通过平衡零拍探测器获得传输信号后，通过放大器对所述传输信号的幅值进行放大，所述传输信号进入分路器分为多路分传输信号，每路所述分传输信号分别进入对应的延迟模块和高速模数转换器采集模块，接收端通过时钟恢复模块重新获得量子隐形传输系统发送端时钟，通过锁相环生成多路同步时钟信号，分别传输到高速模数转换器采集模块中的各个模数转换器采样单元；
第四步，FPGA通过对每路延时单元的信号延迟参数和高速模数转换器采样模块中模数转换器的采样率的参数进行配置；
第五步，多个模数转换器采样单元同时采集数据，将采集的信号数据传输到FPGA内部的数据同步单元进行数据同步，数据同步单元将信号数据发送到数据处理单元，通过在数据处理单元执行信号恢复算法以实现对信号数据的恢复。


6.根据权利要求5所述的一种适用于量子隐形传输系统的信号恢复方法，其特征在于：第一步中，量子隐形传输系统时钟在接收端通过时钟恢复模块得到发送时钟并实现发送与接收端的时钟同步，对单模光纤中本地光场和信号光场进行偏振解复用，提取一部分本地光...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍美如，王慧芳，樊磊，屈蓓蓓，李晶，王美丽，闫蕾芳，江冰，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司信息通信分公司，
类型：发明
国别省市：山西;14