[發(fā)明專利]一種大氣湍流光信道共享隨機(jī)比特提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011376004.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN112491546B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳純毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/08
• 分類號(hào): H04L9/08;H04B10/079;H04B10/112;H04B10/70;H04B10/50
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種對(duì)發(fā)射功率起伏不敏感的大氣湍流光信道共享隨機(jī)比特提取方法，其特征在于，所需的硬件系統(tǒng)和執(zhí)行操作如下：

需要激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B，激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B之間的雙向傳輸信道是互易的；激光收發(fā)端機(jī)A包括激光器A、光纖分光器A、收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A、探測(cè)器A0、探測(cè)器A1和計(jì)算機(jī)A；激光收發(fā)端機(jī)B包括激光器B、光纖分光器B、收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B、探測(cè)器B0、探測(cè)器B1和計(jì)算機(jī)B；激光器A發(fā)出的激光信號(hào)經(jīng)光纖分光器A分光后，一部分進(jìn)入收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A并發(fā)射到大氣湍流信道中，另一部分則入射到探測(cè)器A0上；激光器A發(fā)出的經(jīng)大氣湍流信道傳輸后到達(dá)收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B的那部分激光信號(hào)被收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B接收后入射到探測(cè)器B1上；激光器B發(fā)出的激光信號(hào)經(jīng)光纖分光器B分光后，一部分進(jìn)入收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B并發(fā)射到大氣湍流信道中，另一部分則入射到探測(cè)器B0上；激光器B發(fā)出的經(jīng)大氣湍流信道傳輸后到達(dá)收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A的那部分激光信號(hào)被收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A接收后入射到探測(cè)器A1上；探測(cè)器A0和探測(cè)器A1輸出的電信號(hào)都傳送給計(jì)算機(jī)A，計(jì)算機(jī)A實(shí)時(shí)采集探測(cè)器A0輸出的電信號(hào)和探測(cè)器A1輸出的電信號(hào)；探測(cè)器B0和探測(cè)器B1輸出的電信號(hào)都傳送給計(jì)算機(jī)B，計(jì)算機(jī)B實(shí)時(shí)采集探測(cè)器B0輸出的電信號(hào)和探測(cè)器B1輸出的電信號(hào)；

本方法的實(shí)現(xiàn)分成三個(gè)部分，分別是第一部分、第二部分和第三部分；

1)本方法的第一部分使激光收發(fā)端機(jī)A和激光收發(fā)端機(jī)B正常工作，具體包括以下操作：

使激光器A和激光器B正常工作，使探測(cè)器A0、探測(cè)器A1、探測(cè)器B0和探測(cè)器B1正常工作，使計(jì)算機(jī)A和計(jì)算機(jī)B正常工作，使收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)A和收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)B相互對(duì)準(zhǔn)并正常工作；

2)本方法的第二部分實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)器A0、探測(cè)器A1、探測(cè)器B0和探測(cè)器B1輸出的電信號(hào)的采樣和量化，具體包括操作S1和操作S2：

S1:在從時(shí)刻t_b到時(shí)刻t_e的時(shí)間段內(nèi)，計(jì)算機(jī)A每隔時(shí)間間隔δ_s就分別對(duì)探測(cè)器A0和探測(cè)器A1輸出的電信號(hào)進(jìn)行一次采樣和量化；把每次對(duì)探測(cè)器A0輸出的電信號(hào)執(zhí)行采樣和量化操作得到的采樣值保存在計(jì)算機(jī)A的存儲(chǔ)器中，形成采樣值序列LISTA0，采樣值序列LISTA0的第一個(gè)采樣值是對(duì)探測(cè)器A0輸出的電信號(hào)進(jìn)行第一次采樣和量化得到的采樣值，采樣值序列LISTA0的第二個(gè)采樣值是對(duì)探測(cè)器A0輸出的電信號(hào)進(jìn)行第二次采樣和量化得到的采樣值，以此類推；把每次對(duì)探測(cè)器A1輸出的電信號(hào)執(zhí)行采樣和量化操作得到的采樣值保存在計(jì)算機(jī)A的存儲(chǔ)器中，形成采樣值序列LISTA1，采樣值序列LISTA1的第一個(gè)采樣值是對(duì)探測(cè)器A1輸出的電信號(hào)進(jìn)行第一次采樣和量化得到的采樣值，采樣值序列LISTA1的第二個(gè)采樣值是對(duì)探測(cè)器A1輸出的電信號(hào)進(jìn)行第二次采樣和量化得到的采樣值，以此類推；

S2:在從時(shí)刻t_b到時(shí)刻t_e的時(shí)間段內(nèi)，計(jì)算機(jī)B每隔時(shí)間間隔δ_s就分別對(duì)探測(cè)器B0和探測(cè)器B1輸出的電信號(hào)進(jìn)行一次采樣和量化；把每次對(duì)探測(cè)器B0輸出的電信號(hào)執(zhí)行采樣和量化操作得到的采樣值保存在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中，形成采樣值序列LISTB0，采樣值序列LISTB0的第一個(gè)采樣值是對(duì)探測(cè)器B0輸出的電信號(hào)進(jìn)行第一次采樣和量化得到的采樣值，采樣值序列LISTB0的第二個(gè)采樣值是對(duì)探測(cè)器B0輸出的電信號(hào)進(jìn)行第二次采樣和量化得到的采樣值，以此類推；把每次對(duì)探測(cè)器B1輸出的電信號(hào)執(zhí)行采樣和量化操作得到的采樣值保存在計(jì)算機(jī)B的存儲(chǔ)器中，形成采樣值序列LISTB1，采樣值序列LISTB1的第一個(gè)采樣值是對(duì)探測(cè)器B1輸出的電信號(hào)進(jìn)行第一次采樣和量化得到的采樣值，采樣值序列LISTB1的第二個(gè)采樣值是對(duì)探測(cè)器B1輸出的電信號(hào)進(jìn)行第二次采樣和量化得到的采樣值，以此類推；

3)本方法的第三部分根據(jù)采樣值序列LISTA0、采樣值序列LISTA1、采樣值序列LISTB0、采樣值序列LISTB1提取比特序列，具體包括以下執(zhí)行步驟：

步驟Step301：在計(jì)算機(jī)A中，針對(duì)采樣值序列LISTA1中的第i個(gè)采樣值，i＝1,2,3,…,NUM，NUM表示采樣值序列LISTA1中的采樣值個(gè)數(shù)，令SA＝LA1[i]×LA0[i]/M_a0，LA1[i]表示采樣值序列LISTA1中的第i個(gè)采樣值，LA0[i]表示采樣值序列LISTA0中的第i個(gè)采樣值，M_a0表示采樣值序列LISTA0中的最大采樣值，把采樣值序列LISTA1中的第i個(gè)采樣值的值更新為SA；

步驟Step302：在計(jì)算機(jī)B中，針對(duì)采樣值序列LISTB1中的第j個(gè)采樣值，j＝1,2,3,…,NUM，令SB＝LB1[j]×LB0[j]/M_b0，LB1[j]表示采樣值序列LISTB1中的第j個(gè)采樣值，LB0[j]表示采樣值序列LISTB0中的第j個(gè)采樣值，M_b0表示采樣值序列LISTB0中的最大采樣值，把采樣值序列LISTB1中的第j個(gè)采樣值的值更新為SB；

步驟Step303：針對(duì)采樣值序列LISTA1中的第i個(gè)采樣值，i＝1,2,3,…,NUM，如果采樣值序列LISTA1中的第i個(gè)采樣值大于判決閾值T_a，則計(jì)算機(jī)A從采樣值序列LISTA1中提取的第i個(gè)比特為1，否則計(jì)算機(jī)A從采樣值序列LISTA1中提取的第i個(gè)比特為0；

步驟Step304：針對(duì)采樣值序列LISTB1中的第j個(gè)采樣值，j＝1,2,3,…,NUM，如果采樣值序列LISTB1中的第j個(gè)采樣值大于判決閾值T_b，則計(jì)算機(jī)B從采樣值序列LISTB1中提取的第j個(gè)比特為1，否則計(jì)算機(jī)B從采樣值序列LISTB1中提取的第j個(gè)比特為0；

步驟Step305：利用量子密鑰分配后處理中的誤碼估計(jì)、密鑰協(xié)商、錯(cuò)誤校驗(yàn)技術(shù)糾正計(jì)算機(jī)A提取的包含NUM個(gè)比特的比特序列與計(jì)算機(jī)B提取的包含NUM個(gè)比特的比特序列中的不一致比特，使得計(jì)算機(jī)A和計(jì)算機(jī)B擁有相同的比特序列；

前述判決閾值T_a和判決閾值T_b按如下方法確定：把執(zhí)行完步驟Step301后的采樣值序列LISTA1的每個(gè)采樣值看作一個(gè)隨機(jī)觀測(cè)值，在計(jì)算機(jī)A中計(jì)算采樣值序列LISTA1的采樣值的經(jīng)驗(yàn)累積分布函數(shù)F_a(x)，并計(jì)算把執(zhí)行完步驟Step302后的采樣值序列LISTB1的每個(gè)采樣值看作一個(gè)隨機(jī)觀測(cè)值，在計(jì)算機(jī)B中計(jì)算采樣值序列LISTB1的采樣值的經(jīng)驗(yàn)累積分布函數(shù)F_b(x)，并計(jì)算