保密通信装置及其保密通信方法

文档序号:571739 发布日期:2021-05-18 浏览:35次 >En<

阅读说明:本技术 保密通信装置及其保密通信方法 (Secure communication device and secure communication method thereof ) 是由 李明 葛增亭 石暖暖 郝腾飞 李伟 于 2020-12-31 设计创作,主要内容包括:本公开提供一种保密通信装置,包括:第一通信模块,用于产生并携带保密信号的调制激光;第二通信模块,用于产生携带宽带随机信号的宽带光信号;第二通信模块,还用于将宽带光信号分为携带宽带随机信号的第一光信号和第二光信号,向处理模块传输第一光信号,向第一通信模块传输第二光信号;第一通信模块,还用于接收第二光信号,耦合调制激光和第二光信号,生成第三光信号,向处理模块传输第三光信号,第三光信号携带保密信号和宽带随机信号混合形成的混合信号;处理模块,用于接收并探测第一光信号携带的宽带随机信号,接收并探测第三光信号携带的混合信号,对宽带随机信号和混合信号进行差分处理,得到保密信号。本公开提供一种保密通信方法。(The present disclosure provides a secure communication apparatus including: the first communication module is used for generating and carrying modulated laser of a security signal; the second communication module is used for generating a broadband optical signal carrying a broadband random signal; the second communication module is also used for dividing the broadband optical signal into a first optical signal and a second optical signal which carry broadband random signals, transmitting the first optical signal to the processing module and transmitting the second optical signal to the first communication module; the first communication module is further used for receiving the second optical signal, coupling and modulating the laser and the second optical signal, generating a third optical signal, and transmitting the third optical signal to the processing module, wherein the third optical signal carries a mixed signal formed by mixing a secret signal and a broadband random signal; and the processing module is used for receiving and detecting the broadband random signal carried by the first optical signal, receiving and detecting the mixed signal carried by the third optical signal, and carrying out differential processing on the broadband random signal and the mixed signal to obtain the secret signal. The present disclosure provides a secure communication method.)

保密通信装置及其保密通信方法

技术领域

本公开涉及安全通信领域,具体涉及一种保密通信装置及其保密通信方法。

背景技术

光纤通信是以光波作为信息载体,以光纤作为传输媒介的一种通信方式。由于其具有通信容量大、传输距离远和信号干扰小等优点,光纤通信已被广泛地应用在网络传输的各个层面。光纤传输的安全性问题也随之变成了重要的研究课题。

采用光电振荡器产生的微波信号可实现对保密信号的加密,但传统光电振荡器只具有单一腔长,只能产生特定频率的微波信号,而特定频率的微波信号无法实现对保密信号的完全覆盖,使得光纤通信存在一定的安全隐患。

发明内容

有鉴于此,为了克服上述问题的至少一个方面,本公开提供一种保密通信装置,包括:第一通信模块、第二通信模块和处理模块;

所述第一通信模块,用于产生携带预设保密信号的调制激光;

所述第二通信模块,用于产生携带宽带随机信号的宽带光信号;

所述第二通信模块,还用于将所述宽带光信号分为第一光信号和第二光信号,向所述处理模块传输所述第一光信号,向所述第一通信模块传输所述第二光信号,所述第一光信号和所述第二光信号都携带所述宽带随机信号;

所述第一通信模块,还用于接收所述第二光信号,耦合所述调制激光和所述第二光信号,生成第三光信号,向所述处理模块传输所述第三光信号,所述第三光信号携带混合信号,所述混合信号为所述预设保密信号和所述宽带随机信号混合形成的信号;

所述处理模块,用于接收并探测所述第一光信号携带的宽带随机信号,接收并探测所述第三光信号携带的混合信号,对所述宽带随机信号和所述混合信号进行差分处理,得到所述预设保密信号。

可选地,所述预设保密信号的频率在所述宽带随机信号的宽带范围内,所述宽带随机信号的宽带范围可调谐。

可选地,所述第一通信模块包括激光器、调制器和第一光耦合器;

所述激光器,用于产生激光;

所述调制器,用于将预设保密信号调制到所述激光上,生成调制激光;

所述第一光耦合器,用于接收所述调制激光和所述第二光信号,耦合所述调制激光和所述第二光信号,生成第三光信号,向所述处理模块传输所述第三光信号,所述第三光信号携带有混合信号,所述混合信号为所述预设保密信号和所述宽带随机信号混合形成的电信号。

可选地,所述第二通信模块包括宽带随机光电振荡器和第二光耦合器;

所述宽带随机光电振荡器,用于产生携带宽带随机信号的宽带光信号;

所述第二光耦合器,用于接收所述宽带光信号,将所述宽带光信号分为第一光信号和第二光信号,向所述处理模块传输所述第一光信号,向第一通信模块传输所述第二光信号,所述第一光信号和所述第二光信号都携带所述宽带随机信号。

可选地,所述宽带随机光电振荡器,具体用于根据所述预设保密信号的频率产生携带宽带随机信号的宽带光信号,使所述预设保密信号的频率在所述宽带随机信号的宽带范围内。

可选地,所述处理模块包括第一光探测器、第二光探测器和分析单元;

所述第一光探测器通过光纤信道连接所述第一通信模块,用于接收并探测所述第三光信号携带的所述混合信号;

所述第二光探测器通过光纤信道连接所述第二通信模块,用于接收并探测所述第一光信号携带的宽带随机信号;

所述分析单元,用于接收所述第一光探测器探测的所述混合信号,和接收所述第二光探测器探测的所述宽带随机信号,对所述混合信号和所述宽带随机信号进行差分处理,得到所述预设保密信号

可选地,所述第一通信模块还包括第一掺铒光纤放大器和第一可调光衰减器,所述第二通信模块还包括第二掺铒光纤放大器和第二可调光衰减器;

所述第一掺铒光纤放大器和第一可调光衰减器,用于调节所述第三光信号的功率;

所述第二掺铒光纤放大器和第二可调光衰减器,用于调节所述第一光信号的功率。

可选地,所述第一光耦合器的分光比为50%∶50%。

可选地,所述第二光耦合器的分光比为50%∶50%。

本公开还提供了一种保密通信方法,基于上述任意一项所述的保密通信装置,所述方法包括:

通过第一通信模块产生携带预设保密信号的调制激光;

通过第二通信模块产生携带宽带随机信号的宽带光信号;

通过第二通信模块将所述宽带光信号分为第一光信号和第二光信号,向所述处理模块传输所述第一光信号,向所述第一通信模块传输所述第二光信号;

通过第一通信模块接收所述第二光信号,耦合所述调制激光和所述第二光信号,生成第三光信号,向所述处理模块传输所述第三光信号,所述第三光信号携带所述混合信号;

通过处理模块接收并探测所述第一光信号携带的宽带随机信号,接收并探测所述第三光信号携带的混合信号,对所述宽带随机信号和所述混合信号进行差分处理,得到所述预设保密信号。

与现有技术相比,本公开具有以下有益效果:

1、宽带随机光电振荡器利用光纤的瑞利散射作为随机分布反馈可实现光电振荡器的腔长连续变化,因此产生无纵模间隔的宽带随机信号,宽带随机信号的中心频率和带宽可调谐。

2、由于保密信号的频率在宽带随机信号的宽带范围内,所述款随机信号可覆盖保密信号,使得在耦合后的光信号中难以检测到保密信号。

3、对宽带随机信号和混合信号进行拍频和差分处理后,可从混合信号中提取出保密信号,实现对保密信号的加密传输。

附图说明

为了更完整地理解本公开及其优势,现在将参考结合附图的以下描述,其中:

图1示意性示出了本公开实施例的保密通信装置的示意图;

图2示意性示出了本公开另一实施例的保密通信装置的示意图;

图3示意性示出了本公开另一实施例的保密通信装置的示意图;

图4示意性示出了本公开实施例的保密通信方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本公开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,这些描述只是示例性的,而并非要限制本公开的范围。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。在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例,而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在,但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

图1示意性示出了根据本公开实施例的保密通信装置的示意图。如图1所示,本公开提供了一种保密通信装置100,包括:

第一通信模块1、第二通信模块2和处理模块3;

第一通信模块1,用于产生携带预设保密信号的调制激光;

第二通信模块2,用于产生携带宽带随机信号的宽带光信号;

第二通信模块2,还用于将宽带光信号分为第一光信号和第二光信号,向处理模块3传输第一光信号,向第一通信模块1传输第二光信号,第一光信号和第二光信号都携带宽带随机信号;

第一通信模块1,还用于接收第二光信号,耦合调制激光和第二光信号,生成第三光信号,向处理模块3传输第三光信号,第三光信号携带混合信号,混合信号为预设保密信号和宽带随机信号混合形成的信号;

处理模块3,用于接收并探测第一光信号携带的宽带随机信号,接收并探测第三光信号携带的混合信号,对宽带随机信号和混合信号进行差分处理,得到预设保密信号。

在本公开实施例中,预设保密信号的频率在宽带随机信号的宽带范围内,宽带随机信号的宽带范围可调谐。第二通信模块2根据已知的保密信号的频率,产生宽带随机信号。具体地,宽带随机信号的宽带范围可覆盖保密信号频率。其中,宽带随机信号自身不携带任何可显示的信息,当宽带随机信号将保密信号覆盖后,保密信号不再显示。因此,第一通信模块1将第二光信号和调制激光耦合后,第三方截获第三光信号时,无法从第三光信号中探测到任何信息。

特定的接收方,在接收到携带混合信号的第三光束和携带宽带随机信号的第一光束后,对混合信号和宽带随机信号进行差分处理,则可以从混合信号中提取出保密信号。其中宽带随机信号、保密信号和混合信号均为电信号,激光和宽带光信号均作为光载波传输电信号携带的信息。

通过本公开实施,通过宽带随机信号对保密信号进行覆盖加密,使得除了发送端和目标接收端外,第三方并不能从单独的一个通信模块中截获的信号中侦测到相关信息,增强了保密信息的安全性。

图2示意性示出了本公开另一实施例的保密通信装置的示意图,如图2所示,第一通信模块1包括激光器11、调制器12和第一光耦合器13。所述激光器11,用于产生激光;所述调制器12,用于将预设保密信号调制到所述激光上,生成调制激光;第一光耦合器13,用于接收调制激光和第二光信号,耦合调制激光和第二光信号,生成第三光信号,向处理模块3传输第三光信号,第三光信号携带有混合信号,混合信号为预设保密信号和宽带随机信号混合形成的电信号。

第二通信模块2包括宽带随机光电振荡器21和第二光耦合器22。宽带随机光电振荡器21,用于产生携带宽带随机信号的宽带光信号;第二光耦合器22,用于接收宽带光信号,将宽带光信号分为第一光信号和第二光信号,向处理模块3传输第一光信号,向第一通信模块1传输第二光信号,第一光信号和第二光信号都携带宽带随机信号。

处理模块3包括第一光探测器31、第二光探测器32和分析单元33。第一光探测器31通过光纤信道41连接第一通信模块1,用于接收并探测第一光信号携带的宽带随机信号;第二光探测器32通过光纤信道42连接第二通信模块2,用于接收并探测第三光信号携带的混合信号;分析单元33,用于同步接收第一光探测器31和第二光探测器32探测的混合信号和宽带随机信号,对混合信号和宽带随机信号进行差分处理,得到预设保密信号。

在本公开实施例中,宽带随机光电振荡器21利用光纤中的瑞利散射作为随机分布反馈可实现光电振荡器的腔长连续变化,宽带随机光电振荡器21的环路可看作是多个不同长度环腔的集合。而传统光电振荡器只具有单一腔长,相比于传统光电振荡器,通过宽带随机光电振荡器21不同频率的微波信号都能够在环腔中振荡,因此宽带随机光电振荡器21可以自激振荡产生无纵模间隔的宽带随机信号,宽带随机信号的中心频率和带宽可调谐。

具体地,在已知保密信号频率的前提下,宽带随机光电振荡器21根据保密信号的频率产生携带宽带随机信号的宽带光信号,其中,预设保密信号的频率在所述宽带随机信号的宽带范围内。因此,将携带宽带随机信号的第二光信号和携带保密信号的调制激光耦合后,宽带随机信号会覆盖掉保密信号。由于宽带随机信号自身不携带任何可显示的信息,当宽带随机信号将保密信号覆盖后,保密信号不再显示。当第三方截获第三光信号时,无法从第三光信号中探测到任何信息。

第一光耦合器13通过光纤信道41连接第一光探测器31,第一光探测器31接收第三光信号。第二光耦合器22通过光纤信道42连接第二光探测器32,第二光探测器32接收第一光信号。为了保证保密通信可被准确地从混合信号中提取出来,分析单元33需要同时接收到混合信号和宽带随机信号。因此可以通过设计光纤信道41、42的长度,控制第三光信号和第一光信号的延时,使得第一光探测器31和第二光探测器32可以分别同时接收到第三光信号和第一光信号,并同时将混合信号和宽带随机信号传输至分析单元33。其中,第一光耦合器13的分光比为50%∶50%,第二光耦合器22的分光比为50%∶50%。本领域的技术人员可根据实际的需求,对光纤信道41、42的长度、第一光耦合器13和第二光耦合器22的分光比进行设置,本公开在此不对光纤信道的长度和光耦合器的分光比作出限定。

图3示意性示出了本公开另一实施例的保密通信装置的示意图。如图3所示,第一通信模块1还包括第一掺铒光纤放大器14和第一可调光衰减器15,第二通信模块2还包括第二掺铒光纤放大器23和第二可调光衰减器24。第一掺铒光纤放大器14和第一可调光衰减器15,用于调节第三光信号的功率;第二掺铒光纤放大器23和第二可调光衰减器24,用于调节所述第一光信号的功率。

在本公开实施例中,激光器11、调制器12、第一光耦合器13、第一掺铒光纤放大器14、第一可调光衰减器15和第一光探测器31依次通过光纤跳线连接。宽带随机光电振荡器21、第二光耦合器22、第二掺铒光纤放大器23、第二可调光衰减器24和第二光探测器32依次通过光纤跳线连接。第一光探测器31和第二光探测器32分别通过电缆连接分析单元33。

由于在实际的光纤传输过程中,光信号存在损耗的现象,为了让第一光探测器31和第二光探测器32均可以准确地探测到光信号,在第一通信模块1和第二通信模块2中分别设置掺铒光纤放大器和可调光衰减器,掺铒光纤放大器和可调光衰减器对光信号的光功率进行调节,使得第一光探测器31和第二光探测器32分别接收到稳定且准确第一光信号和第三光信号,并且第一光信号和第三光信号的光功率一致。

本公开提供了一种详细的保密通信方法,适用于上述的保密通信装置,图4示意性是出了根据本公开实施例的保密通信方法的流程图。

如图4所示,保密通信方法至少包括以下步骤:

S1,通过第一通信模块产生携带预设保密信号的调制激光;

S2,通过第二通信模块产生携带宽带随机信号的宽带光信号;

S3,通过第二通信模块将宽带光信号分为第一光信号和第二光信号,向处理模块传输所述第一光信号,向第一通信模块传输所述第二光信号;

S4,通过第一通信模块接收第二光信号,耦合调制激光和第二光信号,生成第三光信号,向处理模块传输第三光信号,第三光信号携带混合信号;

S5,通过处理模块接收并探测所述第一光信号携带的宽带随机信号,接收并探测第三光信号携带的混合信号,对宽带随机信号和混合信号进行差分处理,得到预设保密信号。

需要说明的是,本公开的实施例中保密通信方法与本公开的实施例中保密通信装置部分是相对应的,通信方法的描述具体参考保密通信装置部分,在此不再赘述。

对于本公开的实施例,还需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

最后应说明的是,以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本公开的技术方案进行修改或等同替换,而不脱离本公开技术方案的精神和范围。

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