一种连续变量量子密钥分发系统位帧同步方法技术方案

本发明专利技术涉及数据传输领域，公开了一种连续变量量子密钥分发系统位帧同步方法，将同步数据和密钥信息按照固定的格式组合成帧，并通过系统的调制模块发送到接收端，接收端随机测量接收信号的X分量和P分量，并分别利用数据帧结构中同步信号的第一段信息、第二段信息和第三段信息实现接收数据的相位噪声补偿、位同步和帧同步。本发明专利技术利用发送的特定的相干态实现了信道相位噪声的补偿，提高了系统同步精度。同时利用接收信号的X分量和P分量实现数据同步，兼顾了系统同步精度和效率。同时本发明专利技术提出的同步方法在工作时不需要改变调制模块和接收模块的工作方式，也不需要增加额外的协商过程，具有更好的实用性。具有更好的实用性。具有更好的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种连续变量量子密钥分发系统位帧同步方法


[0001]本专利技术涉及数据传输领域，尤其涉及一种连续变量量子密钥分发系统位帧同步方法。

技术介绍

[0002]连续变量量子密钥分发技术是现阶段实现密钥安全分发的重要途径，在数据安全传输和保密通信网络建设方面具有很大的应用价值。与传统数字通信技术类似，高效、可靠的码元同步和数据帧同步是实现密钥正确传输和检测的基础。然而量子密钥分发系统发送和接收信号达到了单光子量级，导致系统的初始接收信号信噪比很低，传统激光通信系统的同步方法无法应用在连续变量量子密钥分发系统中。针对连续变量量子密钥分发系统自身的特点及对同步技术的要求，本文提出了一种紧凑、可靠、高效的连续变量量子密钥分发系统同步数据帧结构和同步方法。
[0003]现阶段连续变量量子密钥分发系统时钟信号的同步主要有发端发送时钟信号和接收端从调制信号中提取时钟信号两类。发端发送时钟信号主要采用复用技术或单独的一路光信号完成时钟信号的发送，并在接收端完成时钟信号的提取和处理。该类方法一方面只能实现位同步，无法实现帧同步；同时需要占用额外的链路资源，不利于系统集成和实际应用。
[0004]利用调制信号自身实现接收数据的位同步和帧同步具有更好的应用价值，目前已有相关研究人员提出了基于构造同步帧结构的系统同步方案和基于调制本振信号的系统同步方案。上述同步方案或需要严格控制信号光和本振光的同步、处理流程复杂且不利于系统向本地本振量子密钥分发体制的迁移，或在系统安全性及信号同步效率方面存在不足。

技术实现思路

>[0005]本专利技术的目的在于针对上述
技术介绍
中的不足，提出了一种新的连续变量量子密钥分发系统同步数据帧结构及同步方法，该方法不需要对调制模块和接收探测模块进行特定的约束，位同步和帧同步过程之间不需要其他信号处理过程和状态参数传递，同时可以有效抵抗信道非线性噪声影响，具有更好的系统安全性和实用性。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种连续变量量子密钥分发系统位帧同步方法，包括以下步骤：
[0008](1)将同步数据与密钥信息一起构成发射端的发送数据帧，同步数据包括三段同步数据块，分别为用于相位噪声补偿的数据、用于数据位同步的数据和用于数据帧同步的数据，且同步数据放置于密钥信息的前面；
[0009](2)将构造的发送数据帧送入发送端调制模块的强度调制器和相位调制器中，调制后通过信号链路发送到接收端；
[0010](3)接收端进行信号相干接收，并随机对接收信号的X分量或P分量进行测量；
[0011](4)接收端根据X分量和Y分量的检测结果，识别同步数据的第一段，计算得到相位噪声，对非线性效应引入的相位噪声进行补偿，并实现粗糙的位同步；
[0012](5)在实现非线性相位噪声补偿的基础上，利用同步信号的第二段进行接收信号精确的位同步；
[0013](6)在实现接收信号精确位同步的基础上，利用同步信号的第三段进行接收端精确的帧同步，完成整个信号同步过程。
[0014]其中，第一段同步数据加载到强度调制器上的信号为V
p
V
p
V
n
循环排列的信号，加载到相位调制器上的信号保持V
π
/4不变；第二段同步数据加载到强度调制器上的信号为V
p
V
p
V
n
循环排列的信号，加载到相位调制器上的信号为随机信号，且信号变化频率是系统密钥速率的一半；第三段同步数据加载到强度调制器上的信号服从瑞利分布，加载到相位调制器上的信号服从均匀分布；其中，V
p
表示强度调制器传输曲线peak点对应的电压，V
n
表示强度调制器传输曲线null点对应的电压，V
π
表示相位调制器半波电压。
[0015]其中，步骤(6)同时采用具有不同重复周期的调制信号X分量和P分量进行相关同步。
[0016]其中，用于数据帧同步的第三段同步数据采用自相关性好的随机序列得到满足瑞利分布和均匀分布的调制序列，作为强度调制器和相位调制器的调制信号；其中自相关性好的随机序列包括m序列和Gold序列。
[0017]和现有的技术相比，本专利技术的优势在于：
[0018]本专利技术中提出的连续变量量子密钥分发系统同步技术通过合理地设计发送数据帧结构和同步方法，利用一个包含三段同步数据的同步信号同时实现码元位同步、数据帧同步及非线性相位噪声补偿，不需要进行额外的参数传递，提升了同步效率、同步精度及同步成功率，同时本方法不需要对调制模块和接收探测模块进行约束，同步过程与密钥分发过程可以同时进行，具有更好的应用价值。
附图说明
[0019]图1是本专利技术提出的连续变量量子密钥分发系统位帧同步方案实现框图。
[0020]图2是本专利技术中采用的发送数据帧组成结构图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图及实施例对本专利技术的实施流程作详细描述。
[0022]本专利技术所提出的连续变量量子密钥分发系统同步方案的原理图如图1所示，其主要涉及以下模块：
[0023]发送数据帧模块，本专利技术提出的连续变量量子密钥分发系统同步方案采用的数据帧结构包含三段同步数据和一段密钥数据，三段同步数据分别用于相位噪声补偿、数据位同步和数据帧同步；
[0024]高斯调制模块，发射端发送数据利用系统自身的高斯调制模块完成数据的电光转换，该模块一般由一个强度调制器和一个相位调制器级联而成；
[0025]相干探测模块，采用与连续变量量子密钥分发系统完全一致的相干探测结构实现同步信号的接收探测，不需要进行额外的控制；
[0026]相位调制补偿模块，非线性效应引入的相位噪声的补偿通过反馈控制本振信号相位调制器实现，因此该模块具有选择测量和相位补偿双重作用；
[0027]信号采样与信号处理模块，探测器输出的信号由模数转换器实现采样，通过信号处理模块实现相位噪声的计算、采样时钟偏差的计算，帧位置的对比检测等，并将误差结果反馈给参考时钟和相位补偿模块。
[0028]下面以连续变量量子密钥分发系统的同步过程为例说明本专利技术的详细实施流程。
[0029]如图2所示，在系统发送的每一帧密钥信息的前面加入用于同步的数据序列，每一帧密钥信息中加入的同步数据结构相同，在数据帧中的位置固定，在进行密钥分发前将同步数据信息告知接收端。本专利技术设计和采用的同步数据结构包含三部分，第一部分加载到强度调制器上的信号为V
p
V
p
V
n
循环排列的信号，其中V
p
表示强度调制器传输曲线peak点对应的电压，V
n
表示强度调制器传输曲线null点对应的电压，加载到相位调制器上的信号保持V
π
/4不变，其中V
π
表示相位调制器半波电压。由此可知第一段同步数据调制的相干态X分量和P分量保持一致，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续变量量子密钥分发系统位帧同步方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将同步数据与密钥信息一起构成发射端的发送数据帧，同步数据包括三段同步数据块，分别为用于相位噪声补偿的数据、用于数据位同步的数据和用于数据帧同步的数据，且同步数据放置于密钥信息的前面；(2)将构造的发送数据帧送入发送端调制模块的强度调制器和相位调制器中，调制后通过信号链路发送到接收端；(3)接收端进行信号相干接收，并随机对接收信号的X分量或P分量进行测量；(4)接收端根据X分量和Y分量的检测结果，识别同步数据的第一段，计算得到相位噪声，对非线性效应引入的相位噪声进行补偿，并实现粗糙的位同步；(5)在实现非线性相位噪声补偿的基础上，利用同步信号的第二段进行接收信号精确的位同步；(6)在实现接收信号精确位同步的基础上，利用同步信号的第三段进行接收端精确的帧同步，完成整个信号同步过程。2.根据权利要求1所述的一种连续变量量子密钥分发系统位帧同步方法，其特征在于，第一段同步数据加载到强度调制器上的信号为V
p
V
p
V
n
循环排列的信号，加载到相位调制器上...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华贵，温佳旭，刘旭超，孙时伦，李少波，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：