[发明专利]一种用于电力系统的多用户量子密钥分配的共纤传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于电力系统通信技术领域，具体涉及一种用于电力系统的多用户量子密钥分配的共纤传输方法。

背景技术

实现量子加密除了产生单光子量子信号作为密钥外，还需要传输协议执行所需的协议和测量基信息以及探测所需的同步信息，承载这两种信息的信号均为传统的经典信号(与单光子信号相对应)，为了区分将前者称为对基信号，后者称为同步信号。对基信号可以在传输用户数据信号的公网中传输，既可以是光信号的形式也可以为电信号的形式。与普通的地埋光缆不同，电力架空光缆的长度在受到温度变化、机械外力方面会发生较为快速的变化，特别是风振和舞动，会造成光缆长度发生快于秒量级的快速变化，从而导致延时的快速变化，这要求在设计量子密钥分配系统时应该考虑同步问题，简单的跟踪系统不一定跟得上延时变化速度。

为了控制量子信号与同步信号之间的时延通常采用共纤传输的传输方式，在电力架空光缆中一根光缆通常有24芯甚至更多，因此一种比较方便的同步办法就是同一根光缆中一芯用来传输量子信号，另一芯用来传输同步信号。虽然采用这种方式时两种信号受到的温度、风振、舞动影响都差不多，相对延时的变化变得较为缓慢。但是在实际的量子密钥分配系统中仍然会产生较大的时延变化差异，因此需要有一个实时的跟踪系统，通过统计单光子探测器的计数来小范围调节同步接收模块与单光子探测器门控信号之间的延时。另一种可行的共纤传输方法为采用波分复用方式，即将量子信号与同步信号复用在架空光缆的同一根纤芯中。

目前现有的波分复用共纤传输方案大致分为三种：量子信号放置于1550nm波段，同步信号放置于1310nm波段；量子信号放置与于1310nm波段同步信号放置于1550nm波段；以及使用DWDM将量子信号与同步信号均复用在1550nm波段。在这三种传输方案中，前两种方案虽然信道间隔较大可以降低串扰，但是使用不同的波段时光在光纤中的折射率是不一样的，这就导致了同步信号与量子信号传输速度不同，一旦光缆的长度发生大范围的变化，将会导致同步光信号和量子光信号之间的延时发生明显变化；而且在1310nm波段具有较大的光纤传输损耗。第三种方案中通常将所有用户的同步信号放置与整个波段的一侧，所有用户的量子信号放置于整个波段的另一侧，这一方案虽然可以解决传输速度与传输损耗问题，但是信道间隔较小非线性效应等问题明显，而且对于信号传输受外界环境影响较大的电力系统，同一用户的同步信号与量子信号间隔较大，经过了长距离传输后也不利于同步。

发明内容

由于电力架空光缆受外界环境影响严重，同步信号与量子信号的延时变化速度快，因此电力系统中通常将量子信号与同步信号共纤传输。在点对点的量子密钥分配系统基础上，本发明提供一种用于电力系统的多用户量子密钥分配的共纤传输方法，解决了量子信号与同步信号在传输过程中的“步调不一”问题，而且降低了同步信号与量子信号之间以及多用户之间信号的串扰，节省了成本，有利于促进量子密钥分配在电力光纤专网中的实用化。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种用于电力系统的多用户量子密钥分配的共纤传输方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：定义WDM光纤中的信道类型；

步骤2：对每一用户进行波长分配；

步骤3：实现多用户量子密钥分配中的共纤传输。

所述步骤1中，共纤传输时WDM光纤中的信道类型包括经典信道和量子信道；

(1)经典信道的波长资源用于传输探测量子密钥所需的同步信号，占据每一用户所分配的信道资源的长波长部分；

(2)量子信道的波长资源只可用于传输量子信号，占据每一用户所分配的信道资源的短波长部分。

所述步骤2中，对单个用户同步信号与量子信号共纤传输进行波长分配，每一用户占据两个相邻用户信道，其中长波长信道用作经典信道，短波长信道用作量子信道；用户信道的中心波长符合ITU-T的标准建议G.692，且同一用户两个信道之间的距离间隔不小于1.6nm。

所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3-1：不同用户通过不同波长的窄带激光源与单光子光源分别产生同步信号与量子信号，且同步信号与量子信号同步；

步骤3-2：将同一用户的同步信号与量子信号按对单个用户同步信号与量子信号共纤传输的波长分配进行复用，且在同一根光纤中进行传输，以降低同一用户信号中同步信号对量子信号的影响；

步骤3-3：在不同用户信号之间增加时延模块，并分别调节用户之间的发送时延，使不同用户之间的信号在时域上互相远离，从时域上减少多个用户信号间串扰；