(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211140987.8 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 中国科学技术大学 地址 230026 安徽省合肥市包河区金寨路 96号 (72)发明人 刘伟杰　许万里　龚晨　李上宾　 徐正元　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 金怡 (51)Int.Cl. H04B 10/54(2013.01) H04B 10/70(2013.01) H04L 9/08(2006.01) (54)发明名称 一种无线光量子密钥与数据混传方法及系 统 (57)摘要 本发明涉及一种无线光量子密钥与数据混 传方法及系统， 其方法包括： 步骤S1： 发送设备的 激光光源采用OOK调制， 产生的调制光信号包括： 强光信号和 弱光信号； 对弱光信号进一步进行偏 振调制， 使其携带密钥信息； 对强光信号不做偏 振状态改变， 保持其原有偏振状态； 得到混传信 号进行发送； 步骤S2： 接收设备包含四个光检测 路， 当接收到混传信号， 根据其每个码元周 期内 产生响应的光检测路数目和响应状态， 解调出发 送数据和初始密钥； 具体来说， 当接收到强光信 号时， 至少有三个光检测路会产生信号响应； 当 接收到弱光信号时， 最多只有一个光检测路产生 信号响应， 此时根据该响应进行解码， 得到量子 密钥。 本发明提供的方法节省了混传系统成本， 又减少了通信 信号对量子信号的干 扰。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 115483976 A 2022.12.16 CN 115483976 A 1.一种无线光 量子密钥与数据混传方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 发送设备的激光光源采用OOK调制， 即通 ‑断调制， 产生的调制光信号包括： 信 息比特为0所对应的弱光信号和信息比特为 1所对应的强光信号； 对 所述弱光信号进一步进 行偏振调制， 使其携带密钥信息； 对所述强光信号不做偏振改变， 保持其原有偏振状态； 得 到混传信号进行发送； 步骤S2： 接收设备包含四个光检测路， 当接收到所述混传信号， 根据其每个码元周期内 产生响应的所述光检测路的数目和响应状态， 解调出所述发送数据和初始密钥： 当接 收到 强光信号时， 至少有三个所述光检测路会产生信号响应； 当接收到弱光信号时， 最多只有一 个所述光检测路产生信号响应， 此时根据该响应进行解码， 得到所述初始密钥。 2.根据权利要求1所述的无线光量子密钥与 数据混传方法， 其特征在于， 所述量子密钥 分发采用基于偏振编码的BB84协议， 传输四种偏振态的光子， 包括： 水平、 垂直、 左旋和右 旋。 3.一种无线光量子密钥与数据混传系统， 其特征在于， 包括发送设备和接收设备， 其 中， 所述发送设备包括： 混传信号产生模块、 单光子信号制备模块和偏振状态调制模块， 用 于对调制光信号中的弱光信号进行偏振调制， 使其携带量子密钥， 并发送混传信号； 所述接收设备包括： 四路偏振光检测路， 用于接收所述混传信号， 并对其中弱光电信号 进行解码后， 得到所述 量子密钥。 4.根据权利要求3所述的无线光 量子密钥与数据混传系统， 其特 征在于， 其中， 所述混传信号产生模块产生传统通信所需的调制电信号和量子密钥分发所需的偏振 调制器控制信号， 分别输入到所述单光子信号制备模块和所述偏振调制模块； 所述单光子信号制备模块包括： 相干光源和衰减片， 其中， 所述相干光源可基于所述调 制电信号， 产生 强度不同的两种光信号： 弱光信号0和强光信号 1； 其中所述弱光信号经所述 衰减片后， 出射强度为单光子级别； 所述偏振调制模块包括： 垂直偏振片和 偏振调制器， 其中， 所述垂直偏振片将滤除所述 单光子制备模块出射的非垂 直偏振态的光子， 使得到达所述偏振调制器的光子全部为垂 直 偏振光子； 在发送弱光信号0时， 使用所述偏振调制器对所述垂直偏振光子进行调制， 将其 偏振态依据BB48协议调整为水平、 垂直、 左旋、 右旋状态， 完成密钥的加载 过程。 5.根据权利要求3所述的无线光 量子密钥与数据混传系统， 其特 征在于， 其中， 第一路偏振光检测路包括： 功率分束器、 第一偏振分束器和第一光子探测器； 其中所述 第一光子探测器用于接 收所述混传信号透过所述功率分束器和所述第一偏振分束器后的 光信号； 第二路偏振光检测路包括： 第二光子探测器， 用于接收经所述第一偏振分束器反射的 光信号； 第三路偏振光检测路包括： 1/4波片、 第二偏振分束器和第三光子探测器， 其中， 从所述 功率分束器反射的光信号经所述 1/4波片， 经所述第二偏振分束器反射， 到达所述第三光子 探测器； 第四路偏振光检测路包括： 第四光子 探测器接收透过 所述第二偏振分束器的光信号。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115483976 A 2一种无线光量子密钥与数据混传方 法及系统 技术领域 [0001]本发明涉及 通信领域和数据加密领域， 具体涉及 一种无线光量子密钥与数据混传 方法及系统。 背景技术 [0002]无线光通信技术能够为室内复杂场景、 室外车载 网络、 水下机器人、 水下传感网等 技术的数据传输提供有效支持， 从而推动6 G全空间、 全场景网络下万物互联的发展。 相较于 传统射频或者水下声波等通信方式， 无线光通信拥有丰富的频谱资源， 支持吉比特每秒的 数据速率， 传输时延低， 抗干扰能力强， 成本也较低， 因此近年来受到国内外研究学者的广 泛关注。 [0003]为了保障无线光通信数据的安全传输， 可以考虑使用目前已被 理论证明绝对安全 的量子密钥分发技术。 通过量子密钥分发技术在收发双方之间进行安全的密钥分发， 结合 一次一密的加密方式， 实现 保密通信。 [0004]而实际的无线光通信系统通常采用LED或者LD作为光源， 它们发出的光具有较强 的方向性， 这就需要收发双方进 行光路的精确对准和快速跟瞄。 为 实现安全通信， 目前的传 统方法便是专门增加一套用于量子密钥分发的设备， 同时这也意味着还需要增加一套用于 量子密钥分发链路收发端对准和跟瞄的设备， 这无疑会增加整个无线光通信系统的成本以 及实现复杂度。 因此有必要考虑将量子密钥与通信数据在同一条链路上传输以节省成本。 目前已有的量子密钥与数据混传研究成果往往是借用光纤通信中的混传思想， 采用波分 复 用的方式实现量子密钥与通信数据的混传。 但由于经典光通信信号的强度远远大于量子密 钥分发所用的极弱光， 这种混传方式不可避免地会对量子密钥分发链路产生强干扰， 同时 对接收端分色镜的分色效果提出了很高的要求。 因此， 如何减少通信信号对量子信号的干 扰成为一个亟待解决的问题。 发明内容 [0005]为了解决上述技术问题， 本发明提供一种无线光量子密钥与数据混传方法及系 统。 [0006]本发明技 术解决方案为： 一种无线光 量子密钥与数据混传方法， 包括： [0007]步骤S1： 发送设备的激光光源采用OOK调制， 即通 ‑断调制， 产生的调制光信号包 括： 信息比特为0所对应的弱光信号和信息比特为1所对应的强光信号； 对所述弱光信号进 一步进行偏振调制， 使其携带密钥信息； 对所述 强光信号不做偏振改变， 保持其原有偏振状 态； 得到混传信号进行发送； [0008]步骤S2： 接收设备包含四个光检测路， 当接收到所述混传信号， 根据其每个码元周 期内产生响应的所述光检测路的数目和响应状态， 解调 出所述发送数据和初始密钥： 当接 收到强光信号时， 至少有三个所述光检测路会产生信号响应； 当接收到弱光信号时， 最多只 有一个所述 光检测路产生信号响应， 此时根据该响应进行解码， 得到所述初始密钥。说　明　书 1/4 页 3 CN 115483976 A 3