阅读说明：本技术 一种多通道光跳频系统、信号加密方法和光通信设备 (Multichannel optical frequency hopping system, signal encryption method and optical communication equipment ) 是由 王健 班德超 陈寅芳 陈伟 祝宁华 李明 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种多通道光跳频系统,该系统包括：发射机,用于产生至少两路不同的用户信号和至少两路第一伪随机码信号,并基于至少两路第一伪随机码信号产生至少两路光载波,将至少两路不同的用户信号调制到至少两路光载波上,每一路光载波上调制一路用户信号,得到至少两路调制光载波,并将至少两路调制光载波耦合为一路已调光载波,完成加密处理；接收机,和发射机相连接,用于接收已调光载波,并对已调光载波进行解密得到至少两路不同的用户信号,完成解密处理。该多通道光跳频系统,应用光跳频理论,把用户信号分割成多个片段,并将多个片段调制到多个波长不同的光载波上,每个波长的光载波只携带部分用户信号,可以有效提高通信的安全性。(The present disclosure provides a multi-channel optical frequency hopping system, which includes: the transmitter is used for generating at least two paths of different user signals and at least two paths of first pseudo-random code signals, generating at least two paths of optical carriers based on the at least two paths of first pseudo-random code signals, modulating the at least two paths of different user signals onto the at least two paths of optical carriers, modulating one path of user signal on each path of optical carrier to obtain at least two paths of modulated optical carriers, and coupling the at least two paths of modulated optical carriers into one path of modulated optical carrier to complete encryption processing; and the receiver is connected with the transmitter and used for receiving the modulated optical carrier and decrypting the modulated optical carrier to obtain at least two paths of different user signals so as to finish decryption processing. The multichannel optical frequency hopping system applies an optical frequency hopping theory to divide a user signal into a plurality of segments, and modulates the plurality of segments onto a plurality of optical carriers with different wavelengths, and the optical carrier with each wavelength only carries part of the user signal, so that the communication safety can be effectively improved.)

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开的保护范围。

图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种多通道光跳频系统的结构示意图，图6示意性示出了本公开一实施例提供的一种多通道光跳频系统的结构示意图，如图1和6所示，在本公开一实施例中，该多通道光跳频系统包括：发射机100，用于产生至少两路不同的用户信号和至少两路第一伪随机码信号，并基于上述至少两路第一伪随机码信号产生至少两路光载波，将上述至少两路不同的用户信号调制到上述至少两路光载波上，每一路上述光载波上调制一路上述用户信号，得到至少两路调制光载波，并将上述至少两路调制光载波耦合为一路已调光载波，完成加密处理；接收机200，和上述发射机100相连接，用于接收上述已调光载波，并对上述已调光载波进行解密得到上述至少两路不同的用户信号，完成解密处理。

在本实施例中，发射机100和接收机200通过光纤相连接，发射机100产生至少两路不同的用户信号，并对上述至少两路不同的用户信号进行加密，具体加密方法包括：发射机100产生至少两路第一伪随机码信号，并基于上述至少两路第一伪随机码信号产生至少两路光载波，将上述至少两路不同的用户信号调制到上述至少两路光载波上，其中，每一路光载波上调制一路用户信号，共得到至少两路调制光载波，对得到的至少两路调制光载波进行耦合，得到一路已调光载波，完成对至少两路不同的用户信号的加密处理；接收机200接收发射机100产生的已调光载波，并对已调光载波进行解密，从上述一条光载波中恢复出上述至少两路不同的用户信号；基于发射机100的加密处理和接收机200的解密处理，完成了用户信号的加密传输，保障了用户的信息安全。

图2示意性示出了本公开一实施例提供的一种多通道光跳频系统的发射单元的结构示意图，如图2所示，在本公开一实施例中，上述发射机100包括至少一个发射单元110，每个发射单元110包括：一个第一伪随机码生成器111、两个激光器112、两个用户信息源113、两个第一马赫-曾德尔调制器114和一个第一耦合器115；上述第一伪随机码生成器111，用于产生一对第一伪随机码信号；每个上述激光器112，接收上述一对第一伪随机码信号中任一路上述第一伪随机码信号后产生一路光载波，两个上述激光器112得到两路光载波；每个上述用户信息源113，用于产生一路用户信号，两个上述用户信息源113产生两路不同的用户信号；每个上述第一马赫-曾德尔调制器114，用于接收任一路用户信号和任一路光载波，并将上述任一路用户信号调制到上述任一路光载波上，得到一路第一调制光载波，完成加密处理，两个上述第一马赫-曾德尔调制器114得到两路第一调制光载波；上述第一耦合器115，用于将两路上述第一调制光载波耦合为一路已调光载波，并将上述已调光载波传输给上述接收机200；上述两路光载波的波长不同；一对上述第一伪随机码信号包括两路电平方向相反的上述第一伪随机码信号。

在本实施例中，发射机100包括至少一个发射单元110，每个发射单元110包括一个第一伪随机码生成器111、两个激光器112、两个用户信息源113、两个第一马赫-曾德尔调制器114和一个第一耦合器115，发射单元110的工作原理是：第一伪随机码生成器111产生一对第一伪随机码信号，并将上述一对第一伪随机码信号发送给激光器112，两个激光器112各接收一路第一伪随机码信号，每个激光器112在接收到任一路第一伪随机码信号后产生一路光载波，两个激光器112共产生两路光载波，每个激光器112将产生的光载波传输给任一个第一马赫-曾德尔调制器114，每个第一马赫-曾德尔调制器114只接收一路光载波，每个用户信息源113产生一路用户信号，两个用户信息源113共产生两路用户信号，且两路用户信号不同，两路不同的用户信号分别传输给两个第一马赫-曾德尔调制器114，每个第一马赫-曾德尔调制器114接收任一路用户信号和任一路光载波，并将接收到的任一路用户信号调制到任一路光载波上，得到一路第一调制光载波，两个第一马赫-曾德尔调制器114共得到两路第一调制光载波，并将已调光载波传输给第一耦合器115，第一耦合器115将两路第一调制光载波耦合为一路已调光载波，并将已调光载波传输给上述接收机200。

图3示意性示出了本公开一实施例提供的一种多通道光跳频系统的接收单元结构示意图，如图3所示，在本公开一实施例中，上述接收机200包括至少一个接收单元210，每个接收单元210包括：一个解复用器211、两个分束器212、两个第二伪随机码生成器213、四个第二马赫-曾德尔调制器214、两个第二耦合器215和两个光电探测器216；上述解复用器211，用于接收上述已调光载波，并将上述已调光载波分成两路单波长光载波；每个上述分束器212，用于接收任一路单波长光载波，并将上述任一路单波长光载波分成两路单波长光载波，两个上述分束器212得到四路单波长光载波；上述第二伪随机码生成器213，用于产生两对第二伪随机码信号；每个上述第二马赫-曾德尔调制器214，用于接收任一对第二伪随机码信号中任一路第二伪随机码信号和任一路单波长光载波，利用上述任一路第二伪随机码信号对上述任一路单波长光载波进行解密，得到一路已解光载波，完成解密处理，四个上述第二马赫-曾德尔调制器214得到四路已解光载波；每个上述第二耦合器215，用于接收两路已解光载波，将上述两路已解光载波耦合，得到一路待恢复光载波，两个上述第二耦合器215得到两路待恢复光载波；每个上述光电探测器216，用于接收任一路上述待恢复光载波，从上述任一路待恢复光载波中恢复出一路用户信号，两个上述光电探测器216恢复出两路用户信号；发射机100包括的至少一个发射单元110之间采用并联的方式连接。

在本实施例中，接收机200包括至少一个接收单元210，每个接收单元210包括：一个解复用器211、两个分束器212、两个第二伪随机码生成器213、四个第二马赫-曾德尔调制器214、两个第二耦合器215和两个光电探测器216；接收单元210的工作原理是：解复用器211接收已调光载波，将已调光载波分成两路单波长光载波，并将两路单波长光载波分别传输给两个分束器212，每个分束器212接收任一路单波长光载波，将接收到的任一路单波长光载波分成两路单波长光载波，两个分束器212共产生四路单波长光载波，将四路单波长光载波分别传输给四个第二马赫-曾德尔调制器214，两个第二伪随机码生成器213产生两对第二伪随机码信号，并将两对第二伪随机码信号传输给四个第二马赫-曾德尔调制器214，每个第二马赫-曾德尔调制器214接收任一路第二伪随机码信号和任一路单波长光载波，利用任一路第二伪随机码信号对任一路单波长光载波进行解密，得到一路已解光载波，四个第二马赫-曾德尔调制器214得到四路已解光载波，并将四路已解光载波传输给两个第二耦合器215，每个第二耦合器215接收两路已解光载波，将接收到的两路已解光载波耦合，便可得到一路待恢复光载波，两个第二耦合器215得到两路待恢复光载波，两个第二耦合器215将两路待恢复光载波传输给两个光电探测器216，每个光电探测器216接收任一路待恢复光载波，从任一路待恢复光载波中恢复出一路用户信号，两个光电探测器216可恢复出两路用户信号，完成解密处理，上述两路用户信号即发射单元110中两个用户信息源113产生的两路不同的用户信号；也可以采用两个第二伪随机码生成器213，每个第二伪随机码生成器213生成一对第二伪随机码信号；接收机200包括的至少一个接收单元210之间采用并联的方式连接。

在本公开一实施例中，每对上述第二伪随机码信号均包括两路电平方向相反的上述第二伪随机码信号；四个上述第二马赫-曾德尔调制器214分为两组，每组包括两个上述第二马赫-曾德尔调制器214，同一组中的两个上述第二马赫-曾德尔调制器214所接收的两路上述单波长光载波来自两个分束器212，且同一组中的两个上述第二马赫-曾德尔调制器214所接收的两路上述第二伪随机码信号的电平方向相反；上述第二耦合器215所接收的两路已解光载波来自于同一组中的两个上述第二马赫-曾德尔调制器214。

在本实施例中，每对第二伪随机码信号均包括两路电平方向相反的第二伪随机码信号，且两对第二伪随机码信号均与发射单元110产生的一对第一伪随机码信号相同；四个第二马赫-曾德尔调制器214分为两组，每组包括两个第二马赫-曾德尔调制器214，且同一组中的两个第二马赫-曾德尔调制器214所接收的两路单波长光载波来自两个分束器212，以及同一组中的两个第二马赫-曾德尔调制器214所接收的两路第二伪随机码信号的电平方向相反，即同一组中的两个第二马赫-曾德尔调制器214所接收的两路第二伪随机码信号为一对；每个第二耦合器215所接收的两路已解光载波是来自于同一组中的两个第二马赫-曾德尔调制器214。

图4示意性示出了本公开一实施例提供的一种多通道光跳频系统的发射机的激光器的结构示意图，如图4所示，在本公开一实施例中，每个上述激光器112均包括：两个偏置区10和一个调制区20；上述偏置区10，用于接收外加驱动电流，且根据上述外加驱动电流改变上述光载波的通道，以及为上述光载波提供光增益；上述调制区20，用于接收上述第一伪随机码信号并产生光载波，且根据上述第一伪随机码信号调整上述光载波的通道间隔；上述偏置区10包括均匀光栅层；上述调制区20包括光栅层，上述光栅层为均匀光栅、四分之一波长相移光栅中的任意一种。

在本实施例中，发射单元110包括的激光器112包括两个偏置区10和一个调制区20，调制区20位于激光器112的中间，偏置区10位于激光器112的两端，两个偏置区10选择相同的驱动电流，其主要作用是提供光增益，改变驱动电流大小可以调整输出的光的功率，从而改变整个激光器112的中心波长。当确定偏置区10的驱动电流的大小后，第一伪随机码生成器111产生两路电平相反的第一伪随机码信号，并分别加载到两个激光器112的调制区20，这时两个激光器112就会产生两路波长互补的光载波，并且每一路光载波的功率恒定，在本实施例中，第一伪随机码信号为方波电流，通过改变方波电流的大小可以调整激光器112输出的光的通道间隔，即改变方波电流的信号‘0’与信号‘1’对应的光波长的频率间隔；用第一伪随机信号驱动激光器112的调制区20，生成的光载波具有伪随机性质，把用户信号调制到具有伪随机性质的光载波上就可以实现对用户信号的分割，每一路光载波上就只携带了部分用户信号，分割后用户信号的大小与第一伪随机信号的序列的字符的大小相关。

在本公开一实施例中，上述第一马赫-曾德尔调制器114和上述第二马赫-曾德尔调制器214均包括定向耦合式调制器、法布里-珀罗调制器、硅基光调制器、电吸收调制器中的任意一种；上述多通道光跳频系统包括的上述发射机100的数量和上述接收机200的数量相同；上述多通道光跳频系统包括的上述第二马赫-曾德尔调制器214的数量为上述第一马赫-曾德尔调制器114的两倍。

在本实施例中，第一马赫-曾德尔调制器114和第二马赫-曾德尔调制器214的种类有很多，为了更好地完成对用户信号的加密和解密，在本实施例中，上述第一马赫-曾德尔调制器114和上述第二马赫-曾德尔调制器214可以是定向耦合式调制器、法布里-珀罗调制器、硅基光调制器、电吸收调制器中的任意一种，但是第一马赫-曾德尔调制器114和第二马赫-曾德尔调制器214的种类需为同一种。

另一方面本公开提供了一种信号加密方法，利用如上述的多通道光跳频系统，图5示意性示出了本公开一实施例提供的一种信号加密方法的流程图，如图5所示，上述方法包括：

S501、利用发射机100产生至少两路不同的用户信号和至少两路第一伪随机码信号；

S502、利用发射机100基于上述至少两路第一伪随机码信号产生至少两路光载波；

S503、利用发射机100将上述至少两路不同的用户信号调制到上述至少两路光载波上，其中，每一路上述光载波上调制一路上述用户信号，得到至少两路调制光载波；

S504、利用发射机100将上述至少两路调制光载波耦合为一路已调光载波，将上述已调光载波传输给接收机200；

S505、利用接收机200接收上述已调光载波，对上述已调光载波进行解密得到上述至少两路不同的用户信号。

具体加密方法和上述的多通道光跳频系统的工作原理相同，因此在此不再赘述。

另一方面本公开提供了一种光通信设备，采用如上述的多通道光跳频系统。

本公开提供一种多通道光跳频系统，该系统包括发射机和接收机，发射机包括至少一个发射单元，接收机包括至少一个接收单元，通过应用光跳频理论，把用户信号分割成多个片段，发射单元将多个片段调制到多个波长不同的光载波上，每个波长的光载波只携带部分用户信号，在传输过程中，用户信号是被加密的，因此，可以有效地提高通信的安全性，发射机使用激光器作为跳频源，整个发射机小巧灵活，可以与现有的波分复用系统兼容，该多通道光跳频系统还可以根据不同用户的应用需求进行调整，通过改变加载到激光器偏置区的电流和调制区的电流来调整光功率、光载波的频率以及不同光载波之间的频率差。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。