基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法及系统与流程

本发明涉及量子保密通信领域，具体地，涉及一种基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法及系统。

背景技术：

1、从人类进入信息时代开始，信息安全就是一项重要的课题。如何保护加密信息不被窃听者获取或破译是解决信息安全问题的关键，量子保密通信被认为是能够确保信息安全的重要手段之一。量子保密通信中，最重要的部分是量子密钥分发。量子密钥分发具有极高的安全性，利用测不准原理、不可克隆原理等量子特性保证量子信号不被窃听者获取，以此分发得到的安全密钥再在后续步骤中对明文进行加密。

2、连续变量量子密钥分发是量子变量密钥分发中的一个重要类型，其最经典的密钥分发协议是于2002年被提出的gg02协议，采用相干态作为承载信息的量子信号，接收端采用相干探测接收信号。相干态信号可以通过常见的激光器结合光衰减器得到，实现起来相比于基于单光子的离散变量量子密钥分发更容易，也更容易融入经典光通信系统，且已被证明具有理论安全性，因此是一项具有良好前景的量子密钥分发技术。

3、由于采用相干态信号传输信息，连续变量量子密钥分发系统中传输信号功率较低，相较于经典光通信系统具有更低的信噪比。对于以光纤作为量子信道的连续变量量子密钥分发系统，外界的干扰很容易以随机噪声的形式被引入到系统中。特别地，随着量子网络的发展，已存在将连续变量量子密钥分发的量子信道与经典通信信道进行密集波分复用传输的技术。在这样的信息传输过程中，量子信号很容易遭受其他信号的随机干扰，特别是面对功率较大的经典信号，量子信号很容易被淹没，影响接收端对量子信号的接收。因此，需要针对连续变量量子密钥分发系统设计能够抵抗较大功率随机噪声的方法，保证接收端能接收到量子信号并保持良好的密钥分发性能。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法及系统。

2、根据本发明提供的一种基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法，包括：

3、频率切换步骤：获取信道状态，计算信道噪声功率谱并查找信道噪声功率最低的位置记为窗口，将发送端的传输信号频谱搬至所述窗口传输；

4、最优滤波步骤：将接收端收到的信号频谱搬回基带，然后使用低通滤波器将接收到的信号过滤，保留所述传输信号。

5、优选地，所述频率切换步骤包括：

6、步骤a1：接收端获取信道状态；

7、步骤a2：接收端计算信道噪声功率谱，并找到其中的局部最小值记为窗口，反馈窗口信息给发送端；

8、步骤a3：发送端根据收到的窗口信息对传输信号的频谱进行搬移，搬至窗口位置。

9、优选地，所述最优滤波步骤包括：

10、步骤b1：接收端在收到来自发送端的信号后，将信号频谱连带收到的噪声一起搬移回基带；

11、步骤b2：将搬回基带的信号通过低通滤波器，滤除通带外的噪声，保留通带内的传输信号。

12、优选地，所述低通滤波器的幅度特性为：

13、

14、其中，|h(jω)|为低通滤波器的幅度特性，ω为频率，ωc为3db截止频率，n为低通滤波器的阶数。

15、优选地，所述低通滤波器为巴特沃斯低通滤波器。

16、根据本发明提供的一种基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声系统，包括：接收端和发送端；

17、所述接收端获取信道状态，计算信道噪声功率谱并查找信道噪声功率最低的位置记为窗口，所述发送端将传输信号频谱搬至所述窗口传输；

18、接收端将收到的信号频谱搬回基带，然后使用低通滤波器将接收到的信号过滤，保留所述传输信号。

19、优选地，接收端计算信道噪声功率谱，并找到其中的局部最小值记为窗口，反馈窗口信息给发送端，发送端根据收到的窗口信息对传输信号的频谱进行搬移，搬至窗口位置。

20、优选地，接收端在收到来自发送端的信号后，将信号频谱连带收到的噪声一起搬移回基带，将搬回基带的信号通过低通滤波器，滤除通带外的噪声，保留通带内的传输信号。

21、优选地，所述低通滤波器的幅度特性为：

22、

23、其中，|h(jω)|为低通滤波器的幅度特性，ω为频率，ωc为3db截止频率，n为低通滤波器的阶数。

24、优选地，所述低通滤波器为巴特沃斯低通滤波器。

25、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

26、本发明将频率切换思想与滤波器结合，避免传输信号被信道噪声淹没，有利于尽可能减少连续变量量子密钥分发系统接收端收到的噪声分量，能够有效降低系统中的过噪声，提升系统密钥率。

技术特征：

1.一种基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法，其特征在于，所述频率切换步骤包括：

3.根据权利要求1所述的基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法，其特征在于，所述最优滤波步骤包括：

4.根据权利要求3所述的基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法，其特征在于，所述低通滤波器的幅度特性为：

5.根据权利要求3所述的基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法，其特征在于，所述低通滤波器为巴特沃斯低通滤波器。

6.一种基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声系统，其特征在于，包括：接收端和发送端；

7.根据权利要求6所述的基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声系统，其特征在于，接收端计算信道噪声功率谱，并找到其中的局部最小值记为窗口，反馈窗口信息给发送端，发送端根据收到的窗口信息对传输信号的频谱进行搬移，搬至窗口位置。

8.根据权利要求6所述的基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声系统，其特征在于，接收端在收到来自发送端的信号后，将信号频谱连带收到的噪声一起搬移回基带，将搬回基带的信号通过低通滤波器，滤除通带外的噪声，保留通带内的传输信号。

9.根据权利要求8所述的基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声系统，其特征在于，所述低通滤波器的幅度特性为：

10.根据权利要求8所述的基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声系统，其特征在于，所述低通滤波器为巴特沃斯低通滤波器。

技术总结
本发明提供了一种基于频率切换的连续变量量子密钥分发抗噪声方法及系统，包括：频率切换步骤：获取信道状态，计算信道噪声功率谱并查找信道噪声功率最低的位置记为窗口，将发送端的传输信号频谱搬至所述窗口传输；最优滤波步骤：将接收端收到的信号频谱搬回基带，然后使用低通滤波器将接收到的信号过滤，保留所述传输信号。本发明将频率切换思想与滤波器结合，避免传输信号被信道噪声淹没，有利于尽可能减少连续变量量子密钥分发系统接收端收到的噪声分量，能够有效降低系统中的过噪声，提升系统密钥率。

技术研发人员：王涛,董婧,曾贵华
受保护的技术使用者：上海循态量子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13