Page 25 - 网络电信2021年11月刊上

光 通 信

I路信号的传输速率为5Gbit/s，每1bit数据和9bit密钥经过 所得的密钥序列不一致。
Y-00映射加密生成加密信号。Q路信号按照相同方式进行处理。 密钥乘码率与测量时间在关系如图6所示。
I、Q2路加密信号进行QAM调制，加密1024×1024高阶QAM信号， 随着误码测量间隔逐渐增加，密钥成码率呈下降的趋势。
然后调制生成相应的OFDM符号，通过AWG将产生的OFDM符号输出 当误码测量间隔为1.1μs时，得到的密钥成码率约为400kbit/
给IQ调制器，激光器和IQ调制器产生调制光信号并送入光纤。 s，随着误码率测量间隔增加，相同时间内测得的误码率数量减
当信号从激光器或光放大器出发后，在I和Q的二维平面上 少，因此Alice和Bob量化得到的密钥也相应减少。
会受到随机量子噪声的干扰，这些量子噪声对原始信号进行了 2.加密传输结果分析
加密，并且QAM调制具有很好的随机性，保密性较好。
在接收端，调制的光信号经过相干接收机和本振光进行
相干解调，相干解调后的光信号经过光电转换生成相应的电信
图 5 不同测量时间下信道误码率变化情况
号。然后对电信号进行OFDM解调和信道均衡还原出I、Q2路信
号，对接收到的I、Q2路信号进行微元解映射恢复出原始数据。
由于合法接收者Alice和Bob预先共享了I路和Q路数据的密
钥基，因此可以通过基于共享密钥的信号处理正确接收I路和Q
路的数据。窃听者Eve无法在没有密钥的情况下恢复数据，由此
可知QAM/QNSC调制保证了安全性。

三、实验结果分析与讨论
1.信道安全密钥生成方法
密钥生成协商过程中，Alice与Bob将得到的信号序列传送
到量化器中，分别进行量化编码得到0、1比特序列AK和BK。信
道特征提取的过程中会受到噪声等因素的干扰，Alice、Bob量
化器输出的密钥序列并不一定完全一致，容易造成误码。因此
需要密钥协商机制把Alice、Bob测得的信道特征协商为一致性
密钥比特流。 图 6 密钥成码率与测量时间的关系
不同测量时间下信道误码率变化情况如图5所示，红色曲线
代表Alice测得的误码率变化，绿色曲线表示Bob测得的误码率
变化，棕色曲线表示该单位时间段内的误码率均值，阈值上限
η1和阈值下限η02条量化线分别用蓝色和黄色表示。信道安全
特征提取后，将大于η1的值量化为1，小于η0的值量化为0。
可以看出Alice和Bob的误码率曲线变化基本一致，为了增
加双方的一致性，介于图中2条之间的密钥被丢弃，即落在η1
和η0之间的值舍弃。具体步骤如下。
步骤1：计算每组值的平均值和方差，分别为d和σ。
步骤2：设置阈值η 0 与η 1 ，η 1 =d+α×σ，η 0 =d–
α×σ，α为密钥调节系数。
步骤3：当B>η1，将误码率(BER)量化为1；当B<η0，将 图 7 QAM/QNSC 加密解密实验结果
BER量化为0，表示为：

判决规则范围设定主要是为了避免由于BER扰动造成误判，
从而保证发射端与接收端密钥的一致性。量化判决过程需在合
法通信收发两端分别进行，要保证Alice与Bob生成密钥的一致
性，需要按一定规律分段。同时要公布该段内的取舍规则，虽
然可以让Eve得知密钥生成的时间节点，但Eve所处信道不同，
随机噪声也不同。由于Eve没有初始加密的基，所以提取得到的
信道物理特征与合法通信双方信道特征不同，量化协商处理后

30 网络电信 二零二一年十一月