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专利号: 2020113933712
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于空间分集分时选通的大气湍流光信道共享随机比特提取系统,其特征在于,包括第一空间分集端机、第二空间分集端机以及大气湍流信道,第一空间分集端机和第二空间分集端机分别对从对方发来的经大气湍流信道传输后的激光信号进行接收、探测和采样,并根据获得的采样值提取随机比特;

所述第一空间分集端机和所述第二空间分集端机通过大气湍流信道把各自发射的光信号传送给对方;所述第一空间分集端机在大气湍流信道的左端,所述第二空间分集端机在大气湍流信道的右端;所述第一空间分集端机包括第一激光器、第一光纤环行器、1×N光开关、第一左端收发器、第二左端收发器、第N左端收发器、第一光开关选通控制模块、第一计算机采集系统、第一光电探测器;所述第二空间分集端机包括第二激光器、第二光纤环行器、1×M光开关、第一右端收发器、第二右端收发器、第M右端收发器、第二光开关选通控制模块、第二计算机采集系统、第二光电探测器;

所述第一激光器的激光输出端口通过单模光纤连到所述第一光纤环行器的第一端口,所述第一光纤环行器的第二端口通过单模光纤连到所述1×N光开关的零号光端口,所述1×N光开关的一号光端口通过单模光纤与所述第一左端收发器相连,所述1×N光开关的二号光端口通过单模光纤与所述第二左端收发器相连,以此类推,所述1×N光开关的N号光端口通过单模光纤与所述第N左端收发器相连;所述第一光开关选通控制模块的控制信号输出端口通过信号线与所述1×N光开关的选通控制端口相连;

所述第二激光器的激光输出端口通过单模光纤连到所述第二光纤环行器的第一端口,所述第二光纤环行器的第二端口通过单模光纤连到所述1×M光开关的零号光端口,所述1×M光开关的一号光端口通过单模光纤与所述第一右端收发器相连,所述1×M光开关的二号光端口通过单模光纤与所述第二右端收发器相连,以此类推,所述1×M光开关的M号光端口通过单模光纤与所述第M右端收发器相连;所述第二光开关选通控制模块的控制信号输出端口通过信号线与所述1×M光开关的选通控制端口相连;

所述第一激光器发射的激光信号从所述第一光纤环行器的第一端口进入所述第一光纤环行器,并从所述第一光纤环行器的第二端口出射后再到达所述1×N光开关,最后经过与所述1×N光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述左端收发器进入大气湍流信道;从所述第一激光器发射的激光信号经过大气湍流信道到达所述第二空间分集端机后,所述第二空间分集端机的所述第一右端收发器、所述第二右端收发器、以此类推到所述第M右端收发器都接收到一部分激光信号;只有与所述1×M光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述右端收发器接收到的激光信号才能经过所述1×M光开关进入所述第二光纤环行器的第二端口,并从所述第二光纤环行器的第三端口出射;从所述第二光纤环行器的第三端口出射的激光信号经过单模光纤入射到所述第二光电探测器上;所述第二光电探测器输出的电信号通过信号线传送给所述第二计算机采集系统,所述第二计算机采集系统对所述第二光电探测器输出的电信号进行采样和量化,并把采样值保存在存储器中;

所述第二激光器发射的激光信号从所述第二光纤环行器的第一端口进入所述第二光纤环行器,并从所述第二光纤环行器的第二端口出射后再到达所述1×M光开关,最后经过与所述1×M光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述右端收发器进入大气湍流信道;从所述第二激光器发射的激光信号经过大气湍流信道到达所述第一空间分集端机后,所述第一空间分集端机的所述第一左端收发器、所述第二左端收发器、以此类推到所述第N左端收发器都接收到一部分激光信号;只有与所述1×N光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述左端收发器接收到的激光信号才能经过所述1×N光开关进入所述第一光纤环行器的第二端口,并从所述第一光纤环行器的第三端口出射;从所述第一光纤环行器的第三端口出射的激光信号经过单模光纤入射到所述第一光电探测器上;所述第一光电探测器输出的电信号通过信号线传送给所述第一计算机采集系统,所述第一计算机采集系统对所述第一光电探测器输出的电信号进行采样和量化,并把采样值保存在存储器中;

所述第一光开关选通控制模块每隔时间间隔δt就通过改变输出控制信号来对所述1×N光开关的光端口连通方式作一次改变,具体改变方式是,在当前与所述1×N光开关的零号光端口不连通的其他N‑1个所述1×N光开关的光端口中,按等概率方式随机选择一个光端口,并使所述1×N光开关的这个被选择的光端口与所述1×N光开关的零号光端口相连通;

所述第二光开关选通控制模块每隔时间间隔δt就通过改变输出控制信号来对所述1×M光开关的光端口连通方式作一次改变,具体改变方式是,在当前与所述1×M光开关的零号光端口不连通的其他M‑1个所述1×M光开关的光端口中,按等概率方式随机选择一个光端口,并使所述1×M光开关的这个被选择的光端口与所述1×M光开关的零号光端口相连通;

如果与所述1×N光开关的零号光端口相连通的光端口是所述1×N光开关的一号光端口,则与所述1×N光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述左端收发器是指所述第一左端收发器;如果与所述1×N光开关的零号光端口相连通的光端口是所述1×N光开关的二号光端口,则与所述1×N光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述左端收发器是指所述第二左端收发器;以此类推,如果与所述1×N光开关的零号光端口相连通的光端口是所述1×N光开关的N号光端口,则与所述1×N光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述左端收发器是指所述第N左端收发器;

如果与所述1×M光开关的零号光端口相连通的光端口是所述1×M光开关的一号光端口,则与所述1×M光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述右端收发器是指所述第一右端收发器;如果与所述1×M光开关的零号光端口相连通的光端口是所述1×M光开关的二号光端口,则与所述1×M光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述右端收发器是指所述第二右端收发器;以此类推,如果与所述1×M光开关的零号光端口相连通的光端口是所述1×M光开关的M号光端口,则与所述1×M光开关的零号光端口相连通的光端口对应的所述右端收发器是指所述第M右端收发器;

获得接收光信号的采样值并提取随机比特需要执行操作S1、操作S2和操作S3;

S1:在从时刻tb到时刻te的时间段内,所述第一计算机采集系统每隔时间间隔δs就对所述第一光电探测器输出的电信号进行一次采样和量化,并把每次执行采样和量化操作得到的采样值保存在所述第一计算机采集系统的存储器中,形成第一采样值序列;在从时刻tb到时刻te的时间段内,所述第二计算机采集系统每隔时间间隔δs就对所述第二光电探测器输出的电信号进行一次采样和量化,并把每次执行采样和量化操作得到的采样值保存在所述第二计算机采集系统的存储器中,形成第二采样值序列;

S2:所述第一计算机采集系统从所述第一采样值序列中提取NUM个比特,所述第二计算机采集系统从所述第二采样值序列中提取NUM个比特,NUM表示所述第一采样值序列包含的采样值个数,所述第一采样值序列包含的采样值个数等于所述第二采样值序列包含的采样值个数;把所述第一采样值序列的每个采样值当作一个随机观测值,在所述第一计算机采集系统中计算所述第一采样值序列的采样值的经验累积分布函数F1(x),并计算把Tx1作为判决阈值用于提取随机比特序列;针对所述第一采样值序列的第i个采样值,i=1,2,3,…,NUM,如果所述第一采样值序列的第i个采样值大于Tx1,则所述第一计算机采集系统从所述第一采样值序列中提取的第i个比特为1,否则所述第一计算机采集系统从所述第一采样值序列中提取的第i个比特为0;把所述第二采样值序列的每个采样值当作一个随机观测值,在所述第二计算机采集系统中计算所述第二采样值序列的采样值的经验累积分布函数F2(x),并计算 把Tx2作为判决阈值用于提取随机比特序列;针对所述第二采样值序列的第j个采样值,j=1,2,3,…,NUM,如果所述第二采样值序列的第j个采样值大于Tx2,则所述第二计算机采集系统从所述第二采样值序列中提取的第j个比特为1,否则所述第二计算机采集系统从所述第二采样值序列中提取的第j个比特为0;

S3:利用量子密钥分配后处理中的误码估计、密钥协商、错误校验技术纠正所述第一计算机采集系统提取的包含NUM个比特的比特序列与所述第二计算机采集系统提取的包含NUM个比特的比特序列中的不一致比特,使得所述第一计算机采集系统和所述第二计算机采集系统拥有相同的比特序列。