本發(fā)明涉及計算機信息
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地，涉及一種連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在計算機信息技術(shù)迅速發(fā)展的背景下，信息技術(shù)對信息安全性的要求日益增加。近年來，由于量子密鑰分發(fā)技術(shù)能夠在物理上保證通信的無條件安全性，而引起了人們的廣泛關(guān)注。量子密鑰分發(fā)技術(shù)整體上可以分為兩大類：離散變量量子密鑰分發(fā)和連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)。和離散變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)相比，連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)技術(shù)具有更高的通信速率和效率，因此，吸引了世界上許多研究機構(gòu)對其理論和應(yīng)用技術(shù)進行了深入研究。同時也正是如此，使得連續(xù)變量量子保密通信技術(shù)成為整個保密通信技術(shù)的一個重要分支。對于進行長距離通信的合法通信雙方來說，如何保證收發(fā)數(shù)據(jù)的一致性一直是很重要的問題。而在連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)中，由于其物理實現(xiàn)上的特殊性，這一問題又主要體現(xiàn)在，接收端如何實現(xiàn)對檢測器輸出的窄脈沖信號的準確采集，更進一步的說，是如何采集到經(jīng)過調(diào)制后的周期窄脈沖信號的每一個峰值。而能否準確采集到峰值，會直接影響到系統(tǒng)最終的密鑰率，即峰值采集的越準確，引入的過噪聲越小，系統(tǒng)的實際安全密鑰率越接近理論值。因此，數(shù)據(jù)采集在整個量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中顯得尤為重要。目前，在連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，比較常見的數(shù)據(jù)采集方案是一種稱為“過采樣”的技術(shù)，即以一種遠高于調(diào)制頻率的采樣率對接收端檢測器輸出的數(shù)據(jù)信號進行采樣。進一步地說，即在每一個脈沖周期內(nèi)都采集大量的數(shù)據(jù)點，然后通過一定的峰值查找算法，從大量的采樣數(shù)據(jù)中篩選出峰值點數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)收發(fā)雙方數(shù)據(jù)上的一致性。但是，這種方案嚴重受限于ADC的有限采樣帶寬，在系統(tǒng)工作頻率相對較低的情況下可行；然而隨著連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的工作頻率的提高，信號脈沖寬度的降低，這種方案采集到的峰值點數(shù)據(jù)的精度將大大降低，甚至無法采集到峰值點，從而導致安全密鑰率的降低，影響系統(tǒng)性能。經(jīng)檢索，公開號為CN103905185A中國發(fā)明專利申請，該申請公開了一種適用于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)的脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器可以很好的集成在連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中，具有脈寬可精確調(diào)節(jié)、延時精度高、控制時間短、驅(qū)動能力強、體積小、成本低等優(yōu)點，但仍舊無法解決上述問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法及系統(tǒng)，以提高采集數(shù)據(jù)的準確度，并降低系統(tǒng)實現(xiàn)成本。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法，所述方法是將發(fā)送端時鐘分出一路通過經(jīng)典信道傳輸給接收端，并作為接收端的系統(tǒng)時鐘源；接收端采用和發(fā)送端調(diào)制信息相同的時鐘頻率對接收信號進行采樣，并將采樣數(shù)據(jù)送至數(shù)據(jù)處理及控制模塊進行處理，根據(jù)采樣數(shù)據(jù)所提供的信息確定采樣時鐘上升沿和信號峰值位置點之間的相位差，通過反饋調(diào)整延時模塊的延時值，使得采樣時鐘的上升沿和峰值位置點嚴格對齊，以實現(xiàn)精確的峰值采樣。具體的，所述數(shù)據(jù)采集方法包括如下步驟：S1：時鐘信號的傳遞連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的發(fā)送端從時鐘源分出一路時鐘信號，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換將電信號轉(zhuǎn)化成光信號，并通過經(jīng)典信道傳輸給接收端，接收端將接收到的時鐘信號恢復出來并作為其系統(tǒng)時鐘源，以此達到發(fā)送端和接收端時鐘同源的目的；S2：采樣時鐘的產(chǎn)生接收端將接收到的時鐘信號輸入到時鐘發(fā)生模塊以生成需要的采樣時鐘，然后將生成的采樣時鐘信號經(jīng)過延時模塊輸出到ADC模塊；S3：采樣將S2得到的時鐘信號作為ADC模塊的采樣時鐘并驅(qū)動ADC模塊對檢測系統(tǒng)輸出的周期脈沖信號進行采樣。S4：獲取采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率在一定時延條件下，計算在一段統(tǒng)計時間內(nèi)ADC模塊采樣數(shù)據(jù)的功率值；S5：判決和反饋判決在不同時延條件下，所采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值的大小，統(tǒng)計功率值最大所對應(yīng)的時延即為接收端采樣時鐘所應(yīng)調(diào)整到的時延值，得到判決結(jié)果后，再將相應(yīng)的延時控制信號反饋給延時模塊；S6：時延調(diào)整延時模塊在反饋信號的控制下，自動調(diào)整采樣時鐘的時序，從而改變采樣位置。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種基于連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括發(fā)送端和接收端，其中：時鐘源，位于發(fā)送端，發(fā)送端將時鐘信號分出一路，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換將電信號轉(zhuǎn)化成光信號，并通過經(jīng)典信道傳輸給接收端，接收端將接收到的時鐘信號恢復出來并作為其系統(tǒng)時鐘源；時鐘發(fā)生模塊，位于接收端，接收端將接收到的時鐘信號輸入到時鐘發(fā)生模塊以生成需要的采樣時鐘；延時模塊，位于接收端，將時鐘發(fā)生模塊生成的采樣時鐘信號延時調(diào)整后輸出到ADC模塊；另外，延時模塊在數(shù)據(jù)處理及控制模塊的延時控制信號的控制下，自動調(diào)整采樣時鐘的時序，從而改變采樣位置；ADC模塊，位于接收端，對檢測器輸出的模擬脈沖信號進行采樣，以獲取調(diào)制在脈沖峰值上的信息；數(shù)據(jù)處理及控制模塊，位于接收端，計算不同時延條件下，在相同的一段統(tǒng)計時間內(nèi)相應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)功率值，并比較這些不同時延條件下得到的采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計功率值的大小，當統(tǒng)計功率值最大時，所對應(yīng)的時延即為采樣時鐘所應(yīng)調(diào)整到的最佳時延值，以此產(chǎn)生相應(yīng)時延反饋控制信號。進一步的，所述數(shù)據(jù)處理及控制模塊，對ADC模塊采樣數(shù)據(jù)進行處理，并根據(jù)處理結(jié)果確定準確的脈沖峰值采樣位置，確保最終采集數(shù)據(jù)的準確性。進一步的，所述數(shù)據(jù)處理及控制模塊，采用動態(tài)延時調(diào)整，根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果的不同，反饋不同的控制信息給延時模塊，進而相應(yīng)地改變采樣時鐘的延時量；通過反復的延時調(diào)整，最終完成采樣時鐘上升沿和信號峰值位置點的嚴格對齊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確采集。進一步的，所述數(shù)據(jù)處理及控制模塊，采用統(tǒng)計功率判別的數(shù)據(jù)處理算法，通過計算不同時延條件下采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值，得出相應(yīng)的控制信息，并反饋給延時模塊，用于精確的時鐘延時調(diào)整。進一步的，所述發(fā)送端和接收端時鐘同源，且發(fā)送端用于調(diào)制信息的時鐘和接收端用于采集數(shù)據(jù)的時鐘頻率是相同的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：1.采樣數(shù)據(jù)的準確度更高。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是基于ADC芯片過采樣實現(xiàn)的，當對一個頻率較高，占空比較低的調(diào)制脈沖進行峰值采樣時，要想準確采到脈沖的峰值，則需要在一個時鐘周期內(nèi)，采集到一個完整的脈沖周期內(nèi)的大量數(shù)據(jù)點，然后再從這些點中篩選出峰值點。但是，由于脈沖的寬度較窄，即使在一個脈沖周期內(nèi)對多個位置點進行采樣，也很難保證準確的采到了脈沖的峰值，而且具體的精度是由ADC的采樣帶寬決定的。然而由于技術(shù)的限制，目前的商用ADC芯片的采樣帶寬是較為有限的，約在GHz量級。也正是由于這個原因，過采樣的數(shù)據(jù)采集方案的精度誤差會限制在ns量級。然而，采用本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，峰值數(shù)據(jù)的精度誤差是和延時模塊的調(diào)整精度成正比的，而目前的商用可編程延時線等延時器件的步進精度已經(jīng)達到了ps級別，所以，本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集精度可達ps量級，高出現(xiàn)有技術(shù)一個數(shù)量級。2、系統(tǒng)實現(xiàn)的成本較低。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比，在物理器件上只多出一個延時模塊(如可編程延時線)。但是相應(yīng)的，本發(fā)明極大地降低了所需ADC芯片的采樣帶寬，從而在實現(xiàn)上可以選擇成本較低的、采樣帶寬相對較低的ADC器件。而可編程延時器件的成本遠低于高性能ADC器件的成本。因此，本發(fā)明的系統(tǒng)實現(xiàn)成本較現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)方式有明顯優(yōu)勢。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：圖1為本發(fā)明一實施例的流程圖；圖2為本發(fā)明一實施例的采樣及時延調(diào)整示意圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示，一種連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，包括如下步驟：S1：時鐘信號的傳遞連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的發(fā)送端從時鐘源分出一路時鐘信號，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換將電信號轉(zhuǎn)化成光信號，并通過經(jīng)典信道傳輸給接收端，接收端將接收到的時鐘信號恢復出來并作為其系統(tǒng)(采樣)時鐘源，以此達到發(fā)送端和接收端時鐘同源的目的；S2：采樣時鐘的產(chǎn)生接收端將接收到的時鐘信號輸入到時鐘發(fā)生模塊以生成需要的采樣時鐘，然后將生成的采樣時鐘信號經(jīng)過延時模塊輸出到ADC模塊；S3：采樣將S2得到的時鐘信號作為ADC模塊的采樣時鐘并驅(qū)動ADC模塊對檢測系統(tǒng)輸出的周期脈沖信號進行采樣。S4：獲取采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率在一定時延條件下，計算在一段統(tǒng)計時間內(nèi)ADC模塊采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值；這一過程是在圖1中數(shù)據(jù)處理及控制模塊完成；S5：判決和反饋判決在不同時延條件下，所采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值的大小，統(tǒng)計功率值最大所對應(yīng)的時延即為接收端采樣時鐘所應(yīng)調(diào)整到的時延值，得到判決結(jié)果后，再將相應(yīng)的延時控制信號反饋給延時模塊；這一過程是在圖1中數(shù)據(jù)處理及控制模塊完成；S6：時延調(diào)整延時模塊在反饋信號的控制下，自動調(diào)整采樣時鐘的時序，從而改變采樣位置。本發(fā)明中，采用基于采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計功率比較，判決并反饋的時延調(diào)整方案。由于不同時延條件下，采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率不同，因此，通過比較不同時延條件下采樣所得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值，即可判決出采到脈沖峰值點時所對應(yīng)的時鐘延時量。然后，調(diào)整采樣時鐘至此時延量下，即可實現(xiàn)采樣脈沖的上升沿和脈沖信號峰值點的對齊。完成相對相位對齊之后，ADC所采集到的數(shù)據(jù)即為準確的峰值數(shù)據(jù)，可傳輸?shù)较到y(tǒng)后面的模塊做下一步的處理。本發(fā)明中，所述S5中：采用動態(tài)延時調(diào)整方案，根據(jù)不同情況下判決結(jié)果的不同，反饋不同的控制信息給延時模塊，進而相應(yīng)地改變采樣時鐘的延時量；通過反復的延時調(diào)整，最終實現(xiàn)采樣時鐘上升沿和信號峰值位置點的嚴格對齊，完成最佳采樣位置的校準。而且，當最佳采樣位置出現(xiàn)較大失準(偏移)時，采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率會相應(yīng)的下降。此時，可以反饋給整個系統(tǒng)，使系統(tǒng)重新執(zhí)行最佳采樣位置的校準過程。換句話說，所述動態(tài)延時調(diào)整方案，包含了兩層含義：其一，在最佳采樣位置點的校準過程中，時延是一點一點調(diào)整的。其二，當最佳采樣位置確定后，系統(tǒng)正常過程中，由于其他的一些因素，導致采樣位置失準，這時采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率相對于最佳位置時的采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計功率較小，此時，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及控制模塊會發(fā)現(xiàn)，然后可以通知整個系統(tǒng)，使系統(tǒng)重新進行最佳采樣位置的標定。根據(jù)上述方法，如圖1所示，在另一實施例中，提供一種相應(yīng)的連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，發(fā)送端和接收端采用同源時鐘；其中：時鐘源，位于發(fā)送端，發(fā)送端將時鐘信號分出一路，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換將電信號轉(zhuǎn)化成光信號，并通過經(jīng)典信道傳輸給接收端，接收端將接收到的時鐘信號恢復出來并作為其系統(tǒng)時鐘源；時鐘發(fā)生模塊，位于接收端，接收端將接收到的時鐘信號輸入到時鐘發(fā)生模塊以生成需要的采樣時鐘；延時模塊，位于接收端，將時鐘發(fā)生模塊生成的采樣時鐘信號延時調(diào)整后輸出到ADC模塊；另外，延時模塊在數(shù)據(jù)處理及控制模塊的延時控制信號的控制下，自動調(diào)整采樣時鐘的時序，從而改變采樣位置；ADC模塊，位于接收端，對檢測器輸出的模擬脈沖信號進行采樣，以獲取調(diào)制在脈沖(峰值)上的信息；數(shù)據(jù)處理及控制模塊，位于接收端，在一定時延條件下，計算在一段統(tǒng)計時間內(nèi)ADC模塊采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值，并判決在不同時延條件下所采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值的大小，統(tǒng)計功率值最大所對應(yīng)的時延即為接收端采樣時鐘所應(yīng)調(diào)整到的時延值，得到判決結(jié)果后，再將延時控制信號反饋給延時模塊。本發(fā)明所述系統(tǒng)中，引入了高精度的時鐘延時調(diào)整反饋控制回路(由圖1中延時模塊、ADC模塊、數(shù)據(jù)處理及控制模塊構(gòu)成)。圖1中的，位于發(fā)送端的光路及調(diào)制系統(tǒng)，是對連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中發(fā)送端物理實現(xiàn)系統(tǒng)的概括與抽象，完成對光信號的操作與處理。具體來說，主要實現(xiàn)脈沖光信號源的產(chǎn)生、信號光(圖1中S)和本振(圖1中LO)的產(chǎn)生、信號光的調(diào)制(包括幅度和相位的調(diào)制，以實現(xiàn)信息的加載)、信號光與本振的(時分和偏振)復用傳輸?shù)冗^程。該部分實現(xiàn)的技術(shù)可以采用現(xiàn)有連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)。位于接收端的光路及檢測系統(tǒng)，是對連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)中接收端物理實現(xiàn)系統(tǒng)的概括與抽象，完成對光信號的操作與處理。具體來說，主要實現(xiàn)信號光和本振的(解復用)接收、測量基的選擇、相干檢測(主要通過homodyne或heterodyne檢測器實現(xiàn))等過程。該部分實現(xiàn)的技術(shù)可以采用現(xiàn)有連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)實現(xiàn)。如圖2所示，模擬脈沖信號是從光路及檢測系統(tǒng)的檢測器輸出的待采樣信號，豎直的箭頭表示采樣時鐘在每個周期內(nèi)的上升沿。系統(tǒng)剛開始工作時，脈沖信號和采樣時鐘的上升沿之間的相對位置是未知的(如圖中所示是未對齊的)。此時，系統(tǒng)會執(zhí)行采樣、計算統(tǒng)計功率、反饋調(diào)整采樣時鐘的時延，使采樣時鐘上升沿左移。重復執(zhí)行上述過程使得采樣時鐘上升沿移動一個時鐘周期的時長，最終可以通過比較不同時延下采樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計功率值的大小，確定采樣時鐘的最佳時延及每個脈沖周期內(nèi)的最佳采樣位置。以下基于上述的系統(tǒng)和方法，提供具體應(yīng)用實例：對發(fā)送端調(diào)制脈沖進行建模：假設(shè)調(diào)制脈沖的重復頻率為fr＝100MHz，占空比為10％。此時，每個脈沖的周期為10ns，調(diào)制信號的脈沖寬度為1ns。因此，發(fā)送端的時鐘源傳輸?shù)浇邮斩说臅r鐘信號的頻率也為100MHz(低于此頻率也是可以的，可以通過鎖相倍頻產(chǎn)生100MHz的時鐘，關(guān)鍵在于要保證發(fā)送端的時鐘和接收端的時鐘是同源的)。假設(shè)延時模塊的可調(diào)延時步進精度為5ps，最大可調(diào)延時時間大于10ns，即最大可調(diào)延時時間大于一個脈沖周期持續(xù)時間。此時，即使ADC模塊的采樣頻率為100MHz，但是通過引入延時調(diào)整結(jié)構(gòu)，則ADC模塊可以等效地采集到一個脈沖周期內(nèi)2000個不同位置點的數(shù)據(jù)。進一步假設(shè)系統(tǒng)剛開始工作時，一個時鐘周期內(nèi)，脈沖的峰值和采樣時鐘的上升沿之間的初始相位差為tinit。采樣時鐘的可變延時為0ps，此時ADC在一個時鐘周期內(nèi)的采樣位置點標記為1。以后時延每增加5ps，標記位置點也相應(yīng)地加1，以此可以完成一個時鐘周期1,2,3，……，2000不同采樣位置點的標記，并獲取在此標記(時延)條件下，相應(yīng)采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率(或方差)P1,P2,P3,…,P2000。在一定統(tǒng)計時間內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值可以通過下式計算得出：Pi=Σj=1MAi(j)2i=1,2,3,...,2000]]>其中：M為在統(tǒng)計時長Ts內(nèi)的樣本總數(shù)，Ai(j)為位置點i第j次采到的數(shù)據(jù)的幅度值。當采樣時鐘的上升沿和數(shù)據(jù)路脈沖信號的峰值點位置未對齊時，所得采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值較小；而當采樣時鐘的上升沿和數(shù)據(jù)路脈沖信號的峰值點位置對齊時，所得采集數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值在所有位置點中最大；據(jù)此，通過比較2000個不同時延條件下的采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率大小，即可得到當接收端的時鐘延時為某個5n0ps時，采樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計功率值最大，采樣時鐘的上升沿和脈沖峰值位置完成了對齊(最終相位差tfinal＝|tinit-5n0|≈0)，此時，ADC模塊采集到的數(shù)據(jù)是精確的脈沖峰值。本發(fā)明具有超高的采樣精度，更加有利于接收端準確獲得發(fā)送端的調(diào)制信息，進而提高系統(tǒng)的性能；另外本發(fā)明易于實現(xiàn)，且能有效降低連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)成本。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。當前第1頁1 2 3