[发明专利]基于量子位位帧同步的量子-经典融合接入光网络

说明书

本发明涉及一种基于量子位位帧同步的量子‑经典融合接入光网络。包括：多路用户将具有特征自相关的同步序列插入随机数据序列，构建同步帧，通过时分复用发送上行量子信号。量子接收机利用接收的量子信号，获取精确时钟，构造不同用户时隙内的接收帧，进行筛选和预处理；再利用各用户同步序列的互相关特征，确定时隙对应的用户和同步信号的位置。其中，上行量子信号与经典信号通过第一波分复用器耦合入配线光纤中传输至第二波分复用器，与其它用户的信号耦合入馈线光纤。本发明将经典接入网和基于量子位位帧同步的量子接入网相结合，降低了融合接入网对额外同步设备的需要，以适应现有的网络通信基础设施，同时使网络维护更简单。

技术领域

本发明涉及经典通信系统与量子信息技术结合的领域，特别涉及一种基于量子位位帧同步的量子-经典融合接入光网络。

背景技术

随着信息时代的到来，互联网技术已经渗透到生活的方方面面，改变了人类的生活生产方式。与之相随的信息安全问题也成为了社会关注的焦点。为此，量子力学与密码学结合的量子密钥分发(Quantum key distribution，QKD)应运而生，基于量子力学基本原理的量子通信技术可以保证通信过程的无条件安全。

近几十年来，量子密钥分发领域发展迅速，正在向实用化和网络化发展。量子接入网为经典无源接入网(PON，Passive Optical Network)光线路单元提供量子安全通信，同时作为多终端单元和量子骨干网的桥梁。然而，量子-经典融合接入网不可避免的受到光纤资源和硬件设备的限制。特别地，QKD系统的正常运行离不开通信用户的时钟同步这一基础，将QKD技术集成到PON中，量子接入网的同步更是网络稳定运行的关键。现有的量子接入网同步方案包括利用额外的同步光进行同步，或者以外部时钟作为参考，比如使用全球导航卫星系统等等。这些同步方案通常需要额外的光纤资源和硬件设备，不仅增加了网络的复杂性和成本，网络稳定性也会受到影响，同时增加了维护的难度。

因此，在经典接入网上低成本和高效的构建量子接入网，将有力推动量子网络的发展。我们提出基于量子位位帧同步的量子-经典融合接入光网络及系统，保证光线路单元在光纤资源紧缺和低信噪比下也能够进行量子密钥分发任务。

公开于背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，将量子通信技术和经典通信网络相结合，提供了一种基于量子位位帧同步的量子-经典融合接入光网络。

为实现上述目的，本发明提供的实施方案如下：光线路单元ONUs的量子发射模块构造拥有自相关特征的分散式周期插入同步帧，经典发射模块发送上行信号，两种信号通过第一波分复用器融合到配线光纤中向上游发送；不同ONUs信号到达第二波分复用器分发，集中至馈线光纤中共纤传输，分时到达光线路终端OLT(OLT，Optical Line Terminal)的经典信号处理器和量子接收机；量子接收机基于接收到的量子信号，建立ONUs和OLT的同步。

进一步地，所述量子-经典融合接入网包括光线路单元ONUs(Optical NetworkUnits)、光分配网络ODN(Optical Distribution Network)和光网络终端(Optical LineTerminal)；所述ONUs包括PON网络经典信号模块和量子发送模块；所述OLT包括PON网络经典信号模块和量子接收模块；所述ODN包括光纤和波分复用器。

进一步地，所述ONUs量子发射模块各自构造同步帧，同步帧由同步序列和随机序列组成，其中具有特征自相关的同步序列标记不同ONU，并通过时分复用发送量子信号。

进一步地，所述ONU的量子信号和经典上行信号通过第一波分复用器耦合进配线光线中共纤传输，不同ONU的信号经过第二波分复用器，耦合至馈线光纤中共纤传输，分时到达OLT的经典信号处理器和量子接收机。