信号发生装置及方法、通信装置及方法
阅读说明：本技术 信号发生装置及方法、通信装置及方法 (Signal generating device and method, communication device and method ) 是由 金亚 刘宇 陈寅芳 齐艺超 陈伟 李明 祝宁华 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种信号发生装置及方法、通信装置及方法,应用于通信技术领域,利用多个强度调制器在两个支路上产生波长互补的频移键控载波信号,该载波信号波长在两个支路间的分配受预设伪随机序列控制,实现用户数据在不同波长对应的信道间随机跳变,有效地防止信息泄露与非法窃听。(The invention provides a signal generating device and method, a communication device and method, which are applied to the technical field of communication.)
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种信号发生装置及方法、通信装置及方法。
背景技术
光纤通信技术近些年来发展迅速，极大地促进了社会的进步与经济的发展。然而，随着近年来世界各地用户信息泄露事件的频繁出现，用户数据在传输中被非法第三方窃取的风险日益增大，光通信安全技术日益受到关注。
在现有的安全通信机制中，在软件层使用算法对用户数据进行加密是最常用的方法。但随着计算能力的巨大提高，这种方法的安全性也开始受到威胁。因此，越来越多的研究者将注意力投向物理层安全技术。物理层安全技术是利用通信信道的物理特性，通过对信号进行适当的编码和处理来增强通信安全性。光跳频是物理层安全技术之一，主要通过对数字信号在不同信道间进行跳变来实现数据的隐藏。用户数据先在时域内被分割成片段，然后这些片段再在伪随机序列的控制下借由不同的物理信道进行传输。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种信号发生装置及方法、通信装置及方法，可以实现用户数据在不同波长对应的信道间随机跳变，有效地防止信息泄露与非法窃听。
为实现上述目的，本申请实施例第一方面提供一种信号发生装置，包括：
激光器、马赫曾德尔调制器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、三组强度调制器；
所述激光器，用于产生单一波长的光载波；
所述马赫曾德尔调制器，用于在固定频率射频信号的调制下，调制所述光载波得到波长不同的调制信号，所述调制信号包括第一光信号和第二光信号；
所述第一光纤布拉格光栅，用于过滤所述调制信号，得到第一光信号；
所述第二光纤布拉格光栅，用于过滤所述调制信号，得到第二光信号；
所述三组强度调制器中的两组强度调制器分别用于基于所述第一光信号和所述第二光信号，在预设伪随机序列的控制下产生波长互补的频移键控光波，所述三组强度调制器中的另一组强度调制器，用于将用户数据调制到所述波长互补的频移键控光波上，得到包含所述用户数据的光载波。
可选的，所述两组强度调制器的第一组强度调制器的输入端连接所述第一光纤布拉格光栅的输出端，所述两组强度调制器的第二组强度调制器的输入端连接所述第二光纤布拉格光栅的输出端；
所述第一组强度调制器包括第一强度调制器和第二强度调制器，所述第一强度调制器和所述第二强度调制器并联，所述第二组强度调制器包括第三强度调制器和第四强度调制器，所述第三强度调制器和所述第四强度调制器并联；
所述第一强度调制器的输出端并联在所述第三强度调制器的输出端上，所述第二强度调制器的输出端并联在所述第四强度调制器的输出端上。
可选的，所述第二强度调制器的输出端与所述第五强度调制器的输入端相连，所述第三强度调制器的输出端与所述第六强度调制器的输入端相连。
可选的，所述光载波包括第一光载波和第二光载波，所述三组强度调制器中的另一组强度调制器包括第五强度调制器和第六强度调制器；
所述第五强度调制器，用于将第一用户数据调制到所述波长互补的频移键控光波中的一个上，得到包含第一用户数据的第一光信号；
所述第六强度调制器，用于将第二用户数据调制到所述波长互补的频移键控光波中的另一个上，得到包含第二用户数据的第二光信号。
本申请实施例第二方面提供一种通信装置，包括：
如第一方面提供一种的信号发生装置、信号接收装置；
信号接收装置，包括阵列波导光栅、两组强度调制器、第一光电探测器和第二光电探测器；
所述阵列波导光栅，用于对包含所述用户数据的光载波进行解复用，得到包含第一用户数据的第一光载波和包含第二用户数据的第二光载波；
所述两组强度调制器中的一组，用于使所述第一光载波在预设伪随机序列的控制下产生包含第一用户数据的频移键控光波，所述两组强度调制器中的另一组，用于使所述第二光载波在所述预设伪随机序列的控制下，生与包含第二用户数据的频移键控光波，所述包含第一用户数据的频移键控光波和所述包含第二用户数据的频移键控光波波长互补；
所述第一光电探测器，用于将所述包含第一用户数据的频移键控光波转化为包含第一用户数据的第一电信号；
所述第二光电探测器，用于将所述包含第二用户数据的频移键控光波转化为包含第二用户数据的第二电信号。
可选的，所述阵列波导光栅的输出端连接所述两组强度调制器，所述两组强度调制器并联；
所述两组强度调制器的一组包括第七强度调制器和第八强度调制器，所述两组强度调制器的另一组包括第九强度调制器和第十强度调制器，所述第七强度调制器的输出端并联在所述第九强度调制器的输出端上，所述第十强度调制器的输出端并联在所述第八强度调制器的输出端上，所述第八强度调制器的输出端连接所述第一光电探测器，所述第九强度调制器的输出端连接所述第二光电探测器。
可选的，还包括光纤放大器；
所述光纤放大器连接所述信号发生装置和所述信号接收装置。
本申请实施例第三方面提供了一种信号发生方法，包括：
产生单一波长的光载波；
在固定频率射频信号的调制下，调制所述光载波得到波长不同的调制信号，所述调制信号包括第一光信号和第二光信号；
过滤所述调制信号得到第一光信号，以及，过滤所述调制信号得到第二光信号；
基于所述第一光信号和所述第二光信号，在预设伪随机序列的控制下产生波长互补的频移键控光波；
将用户数据调制到所述波长互补的频移键控光波上，得到包含所述用户数据的光载波。
本申请实施例第四方面提供了一种通信方法，包括：
对包含用户数据的光载波进行解复用，得到包含第一用户数据的第一光信号和包含第二用户数据的第二光信号；
使所述第一光信号在预设伪随机序列的控制下产生包含第一用户数据的频移键控光波，以及，使所述第一光信号在所述预设伪随机序列的控制下，生与包含第二用户数据的频移键控光波，所述包含第一用户数据的频移键控光波和所述包含第二用户数据的频移键控光波波长互补；
将所述包含第一用户数据的频移键控光波转化为包含第一用户数据的第一电信号，以及，将所述包含第二用户数据的频移键控光波转化为包含第二用户数据的第二电信号。
从上述本申请实施例可知，本申请提供的信号发生装置及方法、通信装置及方法，利用多个强度调制器在两个支路上产生波长互补的频移键控信号，该信号波长在两个支路间的分配受预设伪随机序列控制，实现用户数据在不同波长对应的信道间随机跳变，有效地防止信息泄露与非法窃听。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一实施例提供的信号发生装置的结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的通信装置的结构示意图；
图3为本申请一实施例提供的信号发生方法的流程示意图；
图4为本申请一实施例提供的通信方法的流程示意图；
图5为本申请一实施例提供的在预设伪随机序列的控制下产生的波长互补的频移键控光波的示意图；
图6为本申请一实施例提供的数据随机跳变的示意图。
具体实施方式
为使得本申请的申请目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请一实施例提供的信号发生装置的结构示意图，该装置主要包括：
激光器、马赫曾德尔调制器、第一光纤布拉格光栅、第二光纤布拉格光栅、三组强度调制器；
所述激光器，用于产生光载波；
所述马赫曾德尔调制器，用于在固定频率信号的调制下，调制所述光载波得到调制信号，所述调制信号包括第一光信号和第二光信号；
所述第一光纤布拉格光栅，用于过滤所述调制信号，得到第一光信号；
所述第二光纤布拉格光栅，用于过滤所述调制信号，得到第二光信号；
所述三组强度调制器中的两组强度调制器分别用于基于所述第一光信号和所述第二光信号，在预设伪随机序列的控制下产生波长互补的频移键控光波，所述三组强度调制器中的另一组强度调制器，用于将用户数据调制到所述波长互补的频移键控光波上，得到包含所述用户数据的光载波。
在本公开中，激光器产生的光载波可以为连续光载波。
在本公开中，固定频率信号可以是正弦波信号或余弦波信号。
在本公开中，第一光信号和第二光信号的波长不同，令激光器发出的光载波的波长为λ0，在固定频率f0的正弦波信号调制下，产生第一光信号和第二光信号，第一光信号的波长λ1与第二光信号的波长λ2不同，其中
在本公开中，强度调制器的类型可以是电吸收调制器，也可以是电光相位调制器，还可以是其它类型，本公开对此不做限制。
在本公开中，预设伪随机序列可以是随机序列，由伪随机序列生成器(PRBS)生成，也可以人工设置，本公开对此不做限制。
根据本公开实施例，利用多个强度调制器在两个支路上产生波长互补的频移键控信号，该信号波长在两个支路间的分配受预设伪随机序列控制，通过该方案，实现用户数据在不同波长对应的信道间随机跳变，有效地防止信息泄露与非法窃听。
在本申请一实施例中，如图1所示，所述两组强度调制器的第一组强度调制器的输入端连接所述第一光纤布拉格光栅的输出端，所述两组强度调制器的第二组强度调制器的输入端连接所述第二光纤布拉格光栅的输出端；
所述第一组强度调制器包括第一强度调制器和第二强度调制器，所述第一强度调制器和所述第二强度调制器并联，所述第二组强度调制器包括第三强度调制器和第四强度调制器，所述第三强度调制器和所述第四强度调制器并联；
所述第一强度调制器的输出端并联在所述第三强度调制器的输出端上，所述第二强度调制器的输出端并联在所述第四强度调制器的输出端上。
在本申请一实施例中，如图1所示，所述第二强度调制器的输出端与所述第五强度调制器的输入端相连，所述第三强度调制器的输出端与所述第六强度调制器的输入端相连。
在本申请一实施例中，如图1所示，所述光载波包括第一光载波和第二光载波，所述三组强度调制器中的另一组强度调制器包括第五强度调制器和第六强度调制器；
所述第五强度调制器，用于将第一用户数据调制到所述波长互补的频移键控光波中的一个上，得到包含第一用户数据的第一光载波；
所述第六强度调制器，用于将第二用户数据调制到所述波长互补的频移键控光波中的另一个上，得到包含第二用户数据的第二光载波。
请参阅图2，图2为本申请一实施例提供的通信装置的结构示意图，该装置主要包括：
如图1所述的信号发生装置、信号接收装置；
信号接收装置，包括阵列波导光栅、两组强度调制器、第一光电探测器和第二光电探测器；
所述阵列波导光栅，用于对包含所述用户数据的光载波进行解复用，得到包含第一用户数据的第一光载波和包含第二用户数据的第二光载波；
所述两组强度调制器中的一组，用于使所述第一光载波在预设伪随机序列的控制下产生包含第一用户数据的频移键控光波，所述两组强度调制器中的另一组，用于使所述第二光载波在所述预设伪随机序列的控制下，生与包含第二用户数据的频移键控光波，所述包含第一用户数据的频移键控光波和所述包含第二用户数据的频移键控光波波长互补；
所述第一光电探测器，用于将所述包含第一用户数据的频移键控光波转化为包含第一用户数据的第一电信号；
所述第二光电探测器，用于将所述包含第二用户数据的频移键控光波转化为包含第二用户数据的第二电信号。
在本申请一实施例中，如图2所示，所述阵列波导光栅的输出端连接所述两组强度调制器，所述两组强度调制器并联；
所述两组强度调制器的一组包括第七强度调制器和第八强度调制器，所述两组强度调制器的另一组包括第九强度调制器和第十强度调制器，所述第七强度调制器的输出端并联在所述第九强度调制器的输出端上，所述第十强度调制器的输出端并联在所述第八强度调制器的输出端上，所述第八强度调制器的输出端连接所述第一光电探测器，所述第九强度调制器的输出端连接所述第二光电探测器。
在本申请一实施例中，如图2所示，还包括光纤放大器；
所述光纤放大器连接所述信号发生装置和所述信号接收装置。
请参阅图3，图3为本申请一实施例提供的信号发生方法的流程示意图，该方法采用图1所示的信号发生装置所实现，该方法主要包括：
S101、产生光载波。
S102、在固定频率信号的调制下，调制所述光载波得到调制信号，所述调制信号包括第一光信号和第二光信号。
S103、过滤所述调制信号得到第一光信号，以及，过滤所述调制信号得到第二光信号。
S104、基于所述第一光信号和所述第二光信号，在预设伪随机序列的控制下产生波长互补的频移键控光波。
S105、将用户数据调制到所述波长互补的频移键控光波上，得到包含所述用户数据的光载波。
请参阅图4，图4为本申请一实施例提供的通信方法的流程示意图，该方法采用图2所示的通信装置所实现，该方法主要包括：
S201、对包含用户数据的光载波进行解复用，得到包含第一用户数据的第一光载波和包含第二用户数据的第二光载波。
S202、使所述第一光载波在预设伪随机序列的控制下产生包含第一用户数据的频移键控光波，以及，使所述第一光载波在所述预设伪随机序列的控制下，生与包含第二用户数据的频移键控光波，所述包含第一用户数据的频移键控光波和所述包含第二用户数据的频移键控光波波长互补。
S203、将所述包含第一用户数据的频移键控光波转化为包含第一用户数据的第一电信号，以及，将所述包含第二用户数据的频移键控光波转化为包含第二用户数据的第二电信号。
请参阅图5，图5为本申请一实施例提供的在预设伪随机序列的控制下产生的波长互补的频移键控光波的示意图。其中，该预设伪随机序列以01001011101001为例。
请参阅图6，图6为本申请一实施例提供的数据随机跳变的示意图。其中，该预设伪随机序列以01001011101001为例。
需要说明的是，在本公开各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上为对本发明所提供的一种信号发生装置及方法、通信装置及方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。