JP6863854B2 - Optical receiver and optical communication system - Google Patents
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本発明は、光受信装置及び光通信システムに係り、特に、多値強度変調によりデータを光信号に変調して送受信する際に、伝送特性の劣化を抑えつつ、受信装置を簡易な構成にすることのできる光受信装置及び光通信システムに関する。 The present invention relates to an optical receiver and an optical communication system, and in particular, when data is modulated into an optical signal by multi-level intensity modulation and transmitted / received, the receiver has a simple configuration while suppressing deterioration of transmission characteristics. It relates to an optical receiver and an optical communication system which can be used.
Ｙｕｅｎ量子暗号は光通信量子暗号（Ｙ−００）通信とも呼ばれ、光の量子ゆらぎ（量子ショット雑音）を特殊な変調方式によって拡散させ、盗聴者によって光信号を正確に受信できなくする通信技術であり、２値の送信データを搬送する２値の光信号を一つのセット（基底という）とし、この基底を複数Ｍ個用意し、いずれの基底を使ってデータを送るかは暗号鍵に従う擬似乱数によって不規則に決める。現実的にはＭ値の光信号は量子ゆらぎによって識別ができないほど信号間距離が小さく設計されているため、盗聴者は全く受信信号からデータ情報を読みとることができない。 Yuen quantum cryptography is also called optical communication quantum cryptography (Y-00) communication, which is a communication technology that spreads the quantum fluctuation of light (quantum shot noise) by a special modulation method and makes it impossible for an eavesdropper to receive an optical signal accurately. Therefore, a set of binary optical signals that carry binary transmission data is regarded as one set (called a base), multiple M bases are prepared, and which base is used to send data is a pseudo according to the encryption key. Randomly determined by random numbers. In reality, the M value optical signal is designed so that the distance between the signals is so small that it cannot be identified by quantum fluctuations, so that the eavesdropper cannot read the data information from the received signal at all.
正規の送受信者の光変復調装置は、２値のＭ個の基底を共通の擬似乱数にしたがって切り換えて通信するため、正規の受信者は信号間距離の大きな２値の信号判定によってデータを読みとることができる。量子ゆらぎによるエラーは無視でき、正規の送受信者間では正確な通信が可能となる。この光変調方式による暗号は、Ｙｕｅｎ−２０００暗号通信プロトコル（Ｙ−００プロトコルと略称される）によるＹｕｅｎ量子暗号と呼ばれる。 Since the optical modulation / demodulator of a legitimate transmitter / receiver switches and communicates by switching the M bases of binary values according to a common pseudo-random number, the legitimate receiver reads the data by the binary signal judgment having a large inter-signal distance. Can be done. Errors due to quantum fluctuations can be ignored, and accurate communication is possible between regular senders and receivers. The cipher by this optical modulation method is called Yuen quantum cryptography by Yuen-2000 cryptographic communication protocol (abbreviated as Y-00 protocol).
Ｙｕｅｎ量子暗号を用いた通信では、特許文献１に記載された光受信装置のように暗号化した光信号を電気信号に変換して、基底に対応する閾値により０／１のビット情報を読み取っている。この際に、従来の光受信装置では、基底の数だけ閾値を用意していた。
In communication using Yuen quantum cryptography, an optical signal encrypted like the optical receiver described in
しかしながら、高速伝送を行う場合は、受信信号と閾値信号の位相のずれが無視できなくなるため、ビットレートの高い信号を扱う場合、エラーが発生してしまうという問題がある。 However, in the case of high-speed transmission, the phase shift between the received signal and the threshold signal cannot be ignored, so that there is a problem that an error occurs when handling a signal having a high bit rate.
特許文献２は、そのような位相のずれを補正するために、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を設けることより、位相のずれを補正し、受信データの誤りを防止している。
上記従来技術の特許文献２の受信装置においては、受信信号と閾値信号の位相のずれを吸収するために、ＰＬＬ回路により位相を一致させていた。しかしながら、そのために受信装置にＰＬＬ回路を設けなければならず、回路規模が大きくなる。
In the receiving device of
本発明の目的は、簡易な回路構成で、受信信号と閾値信号の位相のずれを実用上十分な範囲におさえた光受信装置及び光通信システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical receiving device and an optical communication system in which the phase shift between a received signal and a threshold signal is suppressed within a practically sufficient range with a simple circuit configuration.
本発明の光受信装置の構成は、好ましくは、多値強度変調による光通信量子暗号を用いて、データを光信号に変調して送信される信号を受信する光受信装置であって、データを暗号化する光信号の基底に対応して、受信した光信号を変換した電気信号の電圧レベルの上下を判定する閾値の数の関係が、２≦閾値数≦基底数−１であるようにしたものである。 The configuration of the optical receiving device of the present invention is preferably an optical receiving device that receives a signal transmitted by modulating data into an optical signal by using optical communication quantum encryption by multi-value intensity modulation, and receives the data. Corresponding to the base of the optical signal to be encrypted, the relationship between the number of thresholds for determining the fluctuation of the voltage level of the converted electric signal of the received optical signal is 2 ≤ the number of thresholds ≤ the number of bases -1. It is a thing.
本発明によれば、簡易な回路構成で、受信信号と閾値信号の位相のずれを実用上十分な範囲におさえた光受信装置及び光通信システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical receiving device and an optical communication system in which the phase shift between a received signal and a threshold signal is suppressed within a practically sufficient range with a simple circuit configuration.
以下、本発明に係る各実施形態を、図１ないし図１３を用いて説明する。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 13.
〔光通信システム概要と構成〕
先ず、図１を用いてＹ−００プロトコルによる光通信システムの概要と構成について説明する。
Ｙ−００プロトコルによる光通信システムでは、電気信号を光信号に変換し、光送信装置１００と光受信装置２００の間の光ファイバなどの伝送路を暗号化して送信するシステムである。なお、図１には示されていないが、実際のシステムには、電気信号として送信データを光送信装置１００に入力する板送信装置と、光受信装置２００が出力するデータを入力するデータ受信装置が接続される。
[Outline and configuration of optical communication system]
First, the outline and configuration of an optical communication system based on the Y-00 protocol will be described with reference to FIG.
An optical communication system based on the Y-00 protocol is a system that converts an electric signal into an optical signal and encrypts and transmits a transmission line such as an optical fiber between the
光送信装置１００は、図１に示されるように、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１０４、多値信号生成部１０６、光源発生部１０８、光変調部１１０からなる。
As shown in FIG. 1, the
暗号鍵１０２は、光送信装置１００と光受信装置２００（暗号鍵２０２）の間で共有され、多値信号の遷移パターンを決めるための元になるデジタルデータである。
The
Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１０４は、暗号鍵１０２を元データとして、擬似乱数（ランダムパターン）の性質を有するＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。
The Running
多値信号生成部１０６は、送信データ（デジタルデータ）をＲｕｎｎｉｎｇ鍵に従って多値信号に変換する。
The multi-value
一方、光源発生部１０８は、例えば、レーザダイオードなどから構成され、一定レベルの強度を有する光を発生する。そして、光変調部１１０により、光源発生部１０８の出力光を多値変調し、光多値信号を生成する。光多値信号は、例えば、強度変調の場合は、光の強度の違いより表現される。
この暗号化された光多値信号は、伝送路を介して、光受信装置２００に送られる。
On the other hand, the light
This encrypted optical multi-valued signal is sent to the
次に、光受信装置２００は、図１に示されるように、Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部２０４、閾値生成部２０６、Ｏ／Ｅ変換部２０８、識別器２１０からなる。
Next, as shown in FIG. 1, the
光受信装置２００では、伝送路を介して、送られてきた光多値信号をＯ／Ｅ変換部２０８により、電気多値信号に変換する。
In the
ここで、詳細は省くが、光送信装置１００と光受信装置２００の間の同期プロセスにより、共通のＲｕｎｎｉｎｇ鍵が使われて、閾値生成部２０６より、識別器２１０に入力される閾値が生成される。
Here, although details are omitted, a common running key is used by the synchronization process between the
識別器２１０では、入力されてきた閾値を用いて、Ｏ／Ｅ変換部から出力される電気多値信号を識別して、送信データを復元する。
The
〔本発明の基本的な考えと基底と閾値の関係〕
次に、図２を用いて本発明の基本的な考えと基底と閾値の関係を示す図である。
本実施形態における光通信システムは、光送信装置１００から光受信装置２００が光ファイバを介して光信号により情報を伝送する構成である。図２に示されように、光送信装置１００は、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換機構を有し、光受信装置２００は、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ変換機構と識別器を有する。
[Relationship between the basic idea of the present invention and the basis and the threshold value]
Next, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the basic idea of the present invention and the basis and the threshold value using FIG.
The optical communication system in the present embodiment has a configuration in which an
光通信量子暗号（Ｙ−００）通信では、上で説明したように、強度変調をするにあたり２値の光信号のセットである基底により、暗号化をする。 In optical communication quantum cryptography (Y-00) communication, as described above, encryption is performed by a basis, which is a set of binary optical signals, for strength modulation.
基底がＮ個あるとすると、図２に示されるように、ｉ番目の基底は、ロー側の光パワーをＰｏｌ（ｉ）、ハイ側の光パワーをＰｏh（ｉ）として、（Ｐｏｌ（ｉ），Ｐｏh（ｉ））（ｉ＝１，…，Ｎ）と表現される。 Assuming that there are N bases, as shown in FIG. 2, the i-th base has the light power on the low side as Pol (i) and the light power on the high side as Ph (i) , and (P ol). It is expressed as (i) , Poh (i) ) (i = 1, ..., N).
光受信装置２００側では、Ｏ／Ｅ変換機構により、光信号を電気信号に変換するが、そのときの基底（Ｐｏｌ（ｉ），Ｐｏh（ｉ））（ｉ＝１，…，Ｎ）を、電気信号に変換したときの電圧レベルのペアが、（Ｖｌ（ｉ），Ｖh（ｉ））（ｉ＝１，…，Ｎ）となる。
On the
ここで、Ｖｌ（ｉ）が、ロー側の光パワーＰｏｌ（ｉ）に対応するＯ／Ｅ変換機構により出力されるロー側電圧であり、Ｖh（ｉ）が、ハイ側の光パワーＰｏｌ（ｉ）に対応するＯ／Ｅ変換機構により出力されるハイ側電圧である。そして、光受信装置２００側の識別器により、送信されてきたデータがロー側にあるかハイ側にあるかを、暗号化により定まるいずれかの基底に対応する電圧を識別する閾値によって、判別する。
Here, V l (i) is the low-side voltage output by the O / E conversion mechanism corresponding to the low-side optical power Pol (i) , and V h (i) is the high-side optical power. This is the high side voltage output by the O / E conversion mechanism corresponding to Pol (i). Then, the classifier on the
ここで、電圧レベルのペア（Ｖｌ（ｉ），Ｖh（ｉ））に対応する閾値を、Ｖth（ｉ）とすると、Ｖth（ｉ）は、Ｖｌ（ｉ）とＶh（ｉ）のほぼ中間になる電圧レベルになる。 Here, assuming that the threshold value corresponding to the voltage level pair (V l (i) , V h (i) ) is V th (i) , V th (i) is V l (i) and V h ( The voltage level is almost in the middle of i).
従来の光受信装置では、基底の数Ｎだけ閾値を用意して、データの識別を行なっていたが、本実施形態の光受信装置では、図２に示されように、いくつかの電圧ペアをグループとして捉え、一つの閾値で基底に対応する電圧ペアに対するデータ識別を行なおうとするものである。すなわち、閾値を、Ｖth（ｊ）（ｊ＝１，…，ｎ）、ｎは、閾値の数としたときに、ｎ＜Ｎとするものである。 In the conventional optical receiver, data is identified by preparing threshold values for the number N of the bases, but in the optical receiver of the present embodiment, as shown in FIG. 2, several voltage pairs are used. It is considered as a group and attempts to identify data for the voltage pair corresponding to the basis with one threshold value. That is, the threshold values are V th (j) (j = 1, ..., N), and n is n <N when the number of threshold values is taken.
〔閾値数＝ｎの場合の光受信装置の構成〕
次に、図３を用いて本実施形態の閾値数＝ｎの場合の光受信装置の構成について説明する。
光受信装置２００は、図３に示されるように、Ｏ／Ｅ変換部１、線形増幅部２、Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ３（比較器）、Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ４、Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５、Ｓｅｅｄ Ｋｅｙ６、ＬＦＳＲ（Liner Feedback Sift Register）７、Ｓ／Ｐ変換部８、Ｄｅｃｏｄｅｒ９からなる。
[Configuration of optical receiver when threshold number = n]
Next, the configuration of the optical receiving device when the threshold number of the present embodiment = n will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3, the
Ｏ／Ｅ変換部１では、光送信装置１００からの光信号を電気信号に変換する。次に、線形増幅部２では、Ｏ／Ｅ変換部１から出力される電気信号を線形増幅する。
The O /
次に、Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ３（比較器）では、線形増幅部２で線形増幅された電気信号と閾値Ｖth（ｊ）を比較する。
ここで、Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ３のＶth（1），Ｖth（2），…，Ｖth（ｎ）の閾値は固定（固定閾値）で、Ｖth（1）は、電圧レベルが低い電圧レベルペアに対する閾値（以下、「ＬＳＢ側の閾値」という）、Ｖth（ｎ）は、電圧レベルが高い電圧レベルペアに対する閾値（以下、「ＭＳＢ側の閾値」という）とする。
Next, in Comparator 3 (comparator), the electric signal linearly amplified by the
Here, the threshold values of V th (1) , V th (2) , ..., V th (n) of
Ｓｅｅｄ Ｋｅｙ６は、暗号鍵であり、光送信装置１００が所有する暗号鍵と同一のものが用いられる。ＬＦＳＲ７では、暗号鍵を伸長したＲｕｎｎｉｎｇ鍵を生成する。ＬＦＳＲ７は、光送信装置１００のＲｕｎｎｉｎｇ鍵生成部１０４で用いられるＬＦＳＲと同一のものでなければならない。Ｓ／Ｐ変換部８では、ＬＦＳＲ７の出力信号をＳｅｒｉａｌ−Ｐａｒａｌｌｅｌ変換する。
The
Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５では、Ｓｅｅｄ Ｋｅｙ６及びＬＦＳＲ７にて作成された基底に対応するＣｏｍｐａｒａｔｏｒ出力を選択し、固定閾値と比較された出力がＤｅｃｏｄｅｒ９に入力されるようにＭｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ４を制御する。
The
Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ４では、基底に対応するＣｏｍｐａｒａｔｏｒ出力をＤｅｃｏｄｅｒ９に割り当てる。
In
Ｄｅｃｏｄｅｒ９では、光送信装置１００で施したランダマイゼーションを元に戻し、データを復調する。
The
〔基底数＝８、閾値数＝２の場合の光受信装置の構成と閾値の選択〕
次に、図４ないし図６を用いて基底数＝８、閾値数＝２の場合の光受信装置の構成と閾値の選択について説明する。
基底数＝８、閾値数＝２の場合の光受信装置２００の構成は、図４に示されるように、図３において、ｎ＝２とした場合に該当する。Ｓ／Ｐ変換部８では、Ａ，Ｂ，Ｃの信号を出力し、Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の第１基底選択部５１では、Ｓ１を出力し、第２基底選択部５２では、Ｓ２を出力する。
[Configuration of optical receiver and selection of threshold value when number of bases = 8 and number of threshold values = 2]
Next, the configuration of the optical receiver and the selection of the threshold value when the number of bases = 8 and the number of threshold values = 2 will be described with reference to FIGS. 4 to 6.
The configuration of the
ＬＳＦＲ７の出力と、基底の関係と、Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の出力は、図６に示されるようになる。ここで、基底番号は、♯０〜♯７の８個としている。
ここで、ＬＳＦＲ７の出力とＢａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の出力は、以下の（式１）で表現される。
The output of the LSFR7, the relationship between the bases, and the output of the
Here, the output of LSFR7 and the output of BasesSelector5 are expressed by the following (Equation 1).
基底数＝８、閾値数＝２の場合の基底と閾値の関係は、図５に示されるように、ＬＳＢ側の基底番号♯０〜♯３の四つの基底が、Ｖth（1）で、０／１の判断をされ、ＭＳＢ側の基底番号♯４〜♯７の四つの基底が、Ｖth（２）で、０／１の判断をされることになる。
As shown in FIG. 5, the relationship between the basis and the threshold when the number of bases = 8 and the number of thresholds = 2 is that the four bases of the
〔基底数＝８、閾値数＝３の場合の光受信装置の構成と閾値の選択〕
次に、図７ないし図９を用いて基底数＝８、閾値数＝３の場合の光受信装置の構成と閾値の選択について説明する。
基底数＝８、閾値数＝３の場合の光受信装置２００の構成は、図７に示されるように、図３において、ｎ＝３とした場合に該当する。Ｓ／Ｐ変換部８では、Ａ，Ｂ，Ｃの信号を出力し、Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の第１基底選択部５１では、Ｓ１を出力し、第２基底選択部５２では、Ｓ２を出力し、第３基底選択部５３では、Ｓ３を出力する。
[Configuration of optical receiver and selection of threshold value when number of bases = 8 and number of threshold values = 3]
Next, the configuration of the optical receiver and the selection of the threshold value when the number of bases = 8 and the number of threshold values = 3 will be described with reference to FIGS. 7 to 9.
The configuration of the
ＬＳＦＲ７の出力と、基底の関係と、Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の出力は、図９に示されるようになる。ここで、基底番号は、♯０〜♯７の８個としている。
ここで、ＬＳＦＲ７の出力とＢａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の出力は、以下の（式２）で表現される。
The output of the LSFR7, the relationship between the bases, and the output of the
Here, the output of LSFR7 and the output of BasesSelector5 are expressed by the following (Equation 2).
基底数＝８、閾値数＝３の場合の基底と閾値の関係は、図８に示されるように、ＬＳＢ側の基底番号♯０〜♯２の三つの基底が、Ｖth（1）で、０／１の判断をされ、ＭＳＢ側の基底番号♯６〜♯７の二つの基底が、Ｖth（３）で、０／１の判断をされ、その中間にある基底番号♯３〜♯５の三つの基底が、Ｖth（２）で、０／１の判断をされることになる。
As shown in FIG. 8, the relationship between the basis and the threshold when the number of bases = 8 and the number of thresholds = 3 is that the three bases of the
ここで、閾値を基底の割り当て方法について説明する。
先ず、基底数を閾値数で割り、商の数(整数)の基底を、各閾値に割り当てる。基底を閾値に割り当てるということは、その基底における０／１の判断がその閾値に基づいて行なわれることを意味する。そして、余りの割当てられなかった基底は、ＬＳＢ側（電圧レベルが低い側の基底）からＭＳＢ側（電圧レベルが高い側の基底）に向かって、順次割り当てる。
Here, a method of assigning the threshold value to the basis will be described.
First, the number of bases is divided by the number of thresholds, and the base of the number of quotients (integer) is assigned to each threshold. Assigning a basis to a threshold means that a 0/1 decision on that basis is made based on that threshold. Then, the remaining unassigned bases are sequentially assigned from the LSB side (base on the low voltage level side) to the MSB side (base on the high voltage level side).
これを基底数＝８、閾値数＝３の場合に具体的に説明すると以下のようになる。
先ず、基底数／閾値数の商＝ｉｎｔ（８／３）＝２であり、Ｖth（1），Ｖth（２），Ｖth（３）に共に二つの基底を割り当てる。
A specific explanation of this when the number of bases = 8 and the number of thresholds = 3 is as follows.
First, the quotient of the number of bases / the number of thresholds = int (8/3) = 2, and two bases are assigned to V th (1) , V th (2) , and V th (3).
次に、基底数／閾値数の余り＝基底数ｍｏｄ閾値数＝８ｍｏｄ３＝２を計算する。
そして、ＬＳＢ側の閾値Ｖth（1）と中間の閾値Ｖth（２）に、さらに各々一つの基底を割り当てる。
Next, the remainder of the number of bases / the number of thresholds = the number of bases mod threshold number = 8 mod3 = 2 is calculated.
Then, one basis is further assigned to the threshold value V th (1) on the LSB side and the threshold value V th (2) in the middle.
したがって、ＬＳＢ側の閾値Ｖth（1）に割当てられた基底の数は、三つ、中間の閾値Ｖth（２）に割当てられた基底の数は、三つ，ＭＳＢ側の閾値Ｖth（３）に割当てられた基底の数は、二つになる。 Therefore, the number of bases assigned to the LSB side threshold V th (1) is three, the number of bases assigned to the intermediate threshold V th (2) is three, and the number of bases assigned to the MSB side threshold V th ( The number of bases assigned to 3) is two.
〔基底数＝８、閾値数＝４の場合の光受信装置の構成と閾値の選択〕
次に、図１０ないし図１２を用いて基底数＝８、閾値数＝４の場合の光受信装置の構成と閾値の選択について説明する。
基底数＝８、閾値数＝４の場合の光受信装置２００の構成は、図１０に示されるように、図３において、ｎ＝４とした場合に該当する。Ｓ／Ｐ変換部８では、Ａ，Ｂ，Ｃの信号を出力し、Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の第１基底選択部５１では、Ｓ１を出力し、第２基底選択部５２では、Ｓ２、第３基底選択部５３では、Ｓ３を出力し、第２基底選択部５４では、Ｓ４を出力する。
[Configuration of optical receiver and selection of threshold value when number of bases = 8 and number of threshold values = 4]
Next, the configuration of the optical receiver and the selection of the threshold value when the number of bases = 8 and the number of threshold values = 4 will be described with reference to FIGS. 10 to 12.
The configuration of the
ＬＳＦＲ７の出力と、基底の関係と、Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の出力は、図１２に示されるようになる。ここで、基底番号は、♯０〜♯７の８個としている。
ここで、ＬＳＦＲ７の出力とＢａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ５の出力は、以下の（式３）で表現される。
The output of the LSFR7, the relationship between the bases, and the output of the
Here, the output of LSFR7 and the output of BasesSelector5 are expressed by the following (Equation 3).
基底数＝８、閾値数＝４の場合の基底と閾値の関係は、図１１に示されるように、ＬＳＢ側の基底番号♯０，♯１の二つの基底が、Ｖth（1）で、０／１の判断をされ、ＭＳＢ側の基底番号♯６，♯７の二つの基底が、Ｖth（４）で、０／１の判断をされ、その中間の基底番号♯２，♯３の二つの基底が、Ｖth（２）で、０／１の判断をされ、基底番号♯４，♯５の二つの基底が、Ｖth（３）で、０／１の判断をされることになる。
As shown in FIG. 11, the relationship between the basis and the threshold when the number of bases = 8 and the number of thresholds = 4 is that the two bases of the
〔基底数と閾値数の関係の考察と本実施形態の光受信装置の特徴〕
次に、図１３の計算結果を用いて基底数と閾値数の関係について説明する。
基底数＝２０４８、ＢＥＲ（Bit Error Rate）＝１Ｅ−１２の条件の基で、閾値数＝２０４８の光受信装置の光入出力パワーを基準（０［ｄＢ］）としたときのＰｏｗｅｒ Ｐｅｎａｌｔｙは、図１３に示されるようになる。このグラフによると閾値数＞１０以上は、０．１［ｄＢ］以下であり、十分よい結果が得られており、閾値数＝２では、２．６５［ｄＢ］、閾値数＝３では１．４２［ｄＢ］である。したがって、発明者は、この条件の基で、閾値数２以上の閾値数をとれば問題ないと思料する。
[Consideration of the relationship between the number of bases and the number of thresholds and the features of the optical receiver of this embodiment]
Next, the relationship between the number of bases and the number of thresholds will be described using the calculation results of FIG.
Based on the conditions of the number of bases = 2048 and BER (Bit Error Rate) = 1E-12, the Power Penalty when the optical input / output power of the optical receiver with the threshold number 2048 is used as a reference (0 [dB]) is As shown in FIG. According to this graph, when the number of thresholds> 10 or more is 0.1 [dB] or less, sufficiently good results are obtained. When the number of thresholds = 2, 2.65 [dB], and when the number of thresholds = 3, 1. It is 42 [dB]. Therefore, the inventor considers that there is no problem if the threshold number is 2 or more under this condition.
以上の述べてきたように、本実施形態の光受信装置では、基底数と閾値数の関係を以下の（式４）のようにとる。 As described above, in the optical receiver of the present embodiment, the relationship between the number of bases and the number of thresholds is taken as follows (Equation 4).
従来技術に係る光受信装置では、基底数＝閾値数ととり、かつ、閾値をＤＡ（Digital Analog）コンバータにより生成していた。 In the optical receiver according to the prior art, the number of bases = the number of thresholds, and the threshold is generated by a DA (Digital Analog) converter.
本実施形態の光受信装置では、閾値は、上記の（式４）の条件の下で、Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ３内で固定の閾値Ｖth（ｊ）（ｊ＝１，…，ｎ）を有しているために、簡単な回路構成で、高速伝送においても受信信号と閾値信号の位相のずれが生じることは少ない。
In the optical receiver of the present embodiment, the threshold value has a fixed threshold value V th (j) (j = 1, ..., N) in the
かつ、基底と閾値の割当てを、ＬＳＢ側の基底に多く割当てることにしている。これにより、消光比が大きい所で０／１を判断する基底の数が多くなるために、伝送特性の向上を見込むことができる。
また、暗号化方法や光送信装置の構造を変更することもないので、従来技術と比較して、暗号強度が低下することは生じない。
In addition, a large number of bases and thresholds are assigned to the bases on the LSB side. As a result, the number of bases for determining 0/1 increases in places where the extinction ratio is large, so that improvement in transmission characteristics can be expected.
Further, since the encryption method and the structure of the optical transmission device are not changed, the encryption strength does not decrease as compared with the conventional technique.
１００…光送信装置、１０２…暗号鍵(送信装置側)、２００…光受信装置、２０２…暗号鍵(受信装置側)、１０４…Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部(送信装置側)、２０４…Ｒｕｎｎｉｎｇ鍵生成部(受信装置側)、１０６…多値信号生成部、１０８…光源発生部、１１０…光変調部、２０６…閾値生成部、２０８…Ｏ／Ｅ変換部、２１０…識別器、
１…Ｏ／Ｅ変換部、２…線形増幅部、３…Ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ、４…Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ、５…Ｂａｓｉｓ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ、６…Ｓｅｅｄ Ｋｅｙ、７…ＬＦＳＲ、８…Ｓ／Ｐ変換部、９…Ｄｅｃｏｄｅｒ
100 ... Optical transmitter, 102 ... Encryption key (transmitter side), 200 ... Optical receiver, 202 ... Encryption key (receiver side), 104 ... Running key generator (transmitter side), 204 ... Running key generator (Receiver side), 106 ... Multi-value signal generator, 108 ... Light source generator, 110 ... Optical modulation unit, 206 ... Threshold generator, 208 ... O / E conversion unit, 210 ... Discriminator,
1 ... O / E conversion unit, 2 ... Linear amplification unit, 3 ... Comparator, 4 ... Multiplexer, 5 ... Base Selector, 6 ... Seed Key, 7 ... LFSR, 8 ... S / P conversion unit, 9 ... Decoder
Claims (8)
データを暗号化する光信号の基底に対応して、受信した光信号を変換した電気信号の電圧レベルの上下を判定する閾値の数と基底の数との関係が、２≦閾値数≦基底数−１であることを特徴する光受信装置。 An optical receiver that uses optical communication quantum cryptography by multi-value intensity modulation to modulate data into an optical signal and receive the transmitted signal.
The relationship between the number of thresholds for determining the voltage level of the electric signal converted from the received optical signal and the number of bases corresponding to the base of the optical signal that encrypts the data is 2 ≤ threshold number ≤ base number. An optical receiver characterized by being -1.
前記光受信装置において、データを暗号化する光信号の基底に対応して、受信した光信号を変換した電気信号の電圧レベルの上下を判定する閾値の数と基底の数との関係が、２≦閾値数≦基底数−１であることを特徴する光通信システム。 Optical communication by multi-value intensity modulation Using quantum encryption, an optical transmitter that modulates data into an optical signal and transmits it and an optical receiver that receives the signal transmitted from the optical transmitter are connected from an optical communication path. It is an optical communication system
In the optical receiving device, the relationship between the number of thresholds for determining the voltage level of the electric signal converted from the received optical signal and the number of bases corresponding to the base of the optical signal that encrypts the data is 2. An optical communication system characterized in that ≤ threshold number ≤ base number -1.
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