用于提取光信号的方法、装置和可编程控制器与流程 专利技术说明

电子通信装置的制造及其应用技术1.本发明涉及量子通信技术领域，尤其涉及用于提取光信号的方法、装置和可编程控制器。背景技术：2.目前，在门控模式下，使用单光子探测器探测到的信号可包括随着门控信号的上升沿而产生的上尖峰噪声电压以及随着门控信号的下降沿而产生的下尖峰噪声电压（如图2所示的信号1030），这些尖峰噪声电压的存在会影响到光信号的输出，进而降低量子通信系统的成码率。3.在相关技术中，尽管可利用甄别阈值从单光子探测器探测到的信号中去除下尖峰噪声电压，但是却无法去除上尖峰噪声电压，换言之，上尖峰噪声电压会转换成脉冲（如图2所示的信号1040）继续传递给其他器件，因此，由门控信号引起的尖峰噪声电压给系统带来的影响仍然存在，其并未得到根本性解决。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供用于提取光信号的方法、装置和可编程控制器。5.根据本发明的一方面，提供了一种用于提取光信号的方法，所述方法包括：获取用于产生门控信号的时钟信号；获取从单光子探测器在所述门控信号下探测到的信号中甄别出的符合信号，所述符合信号包括与单光子探测器接收到的光对应的光信号以及由所述门控信号的上升沿引起的噪声信号；对齐所述符合信号中的噪声信号和所述时钟信号的上升沿；使用与所述时钟信号同源的高频时钟分别对所述符合信号和所述时钟信号进行采样，以分别产生与所述符合信号对应的符合信号比特串以及与所述时钟信号对应的时钟信号比特串，在所述比特串中，以第一比特指示所述符合信号和所述时钟信号的上升沿，以第二比特指示所述符合信号和所述时钟信号中除上升沿以外的部分；对时钟信号比特串中的各个比特位进行循环移位；针对每次循环移位，将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串进行与运算，直到由所述与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐为止；响应于循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐，将由所述与运算得到的比特串作为所述光信号输出。6.根据本发明的一个实施例，当由所述与运算得到的比特串中与所述时钟信号中除上升沿以外的部分对应的比特位中出现第一比特并且除出现第一比特的比特位以外的比特位均为第二比特时，由所述与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐。7.根据本发明的一个实施例，当由所述与运算得到的比特串中的各个比特位均为第二比特时，由所述与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特未与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐。8.根据本发明的一个实施例，所述第一比特为1，所述第二比特为0。9.根据本发明的一个实施例，所述门控信号和所述噪声信号均为与所述时钟信号同步的周期性信号。10.根据本发明的一个实施例，所述时钟信号为用于量子通信系统的系统时钟。11.根据本发明的一个实施例，所述单光子探测器设置在量子通信系统的接收端中。12.根据本发明的一个实施例，所述光信号为量子通信系统的发射端发射的量子光经由光电转换得到的电信号。13.根据本发明的一个实施例，所述时钟信号为量子通信系统的发射端发射的同步光经由光电转换得到的电信号。14.根据本发明的一个实施例，所述量子通信系统为量子密钥分发系统。15.根据本发明的一个实施例，所述量子密钥分发系统的编码方式包括偏振编码、相位编码和时间相位编码中的至少一者。16.根据本发明的另一方面，还提供了一种用于提取光信号的装置，所述装置包括：时钟信号获取单元，被配置为获取用于产生门控信号的时钟信号；符合信号获取单元，被配置为获取从单光子探测器在所述门控信号下探测到的信号中甄别出的符合信号，所述符合信号包括与单光子探测器接收到的光对应的光信号以及由所述门控信号的上升沿引起的噪声信号；信号对齐单元，被配置为对齐所述符合信号中的噪声信号和所述时钟信号的上升沿；比特串采样单元，被配置为使用与所述时钟信号同源的高频时钟分别对所述符合信号和所述时钟信号进行采样，以分别产生与所述符合信号对应的符合信号比特串以及与所述时钟信号对应的时钟信号比特串，在所述比特串中，以第一比特指示所述符合信号和所述时钟信号的上升沿，以第二比特指示所述符合信号和所述时钟信号中除上升沿以外的部分；循环移位单元，被配置为对时钟信号比特串中的各个比特位进行循环移位；与运算单元，被配置为针对每次循环移位，将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串进行与运算，直到由所述与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐为止；光信号输出单元，被配置为响应于循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐，将由所述与运算得到的比特串作为所述光信号输出。17.根据本发明的一个实施例，当由所述与运算得到的比特串中与所述时钟信号中除上升沿以外的部分对应的比特位中出现第一比特并且除出现第一比特的比特位以外的比特位均为第二比特时，由所述与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐。18.根据本发明的一个实施例，当由所述与运算得到的比特串中的各个比特位均为第二比特时，由所述与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特未与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐。19.根据本发明的一个实施例，所述第一比特为1，所述第二比特为0。20.根据本发明的一个实施例，所述门控信号和所述噪声信号均为与所述时钟信号同步的周期性信号。21.根据本发明的一个实施例，所述时钟信号为用于量子通信系统的系统时钟。22.根据本发明的一个实施例，所述单光子探测器设置在量子通信系统的接收端中。23.根据本发明的一个实施例，所述光信号为量子通信系统的发射端发射的量子光经由光电转换得到的电信号。24.根据本发明的一个实施例，所述时钟信号为量子通信系统的发射端发射的同步光经由光电转换得到的电信号。25.根据本发明的一个实施例，所述量子通信系统为量子密钥分发系统。26.根据本发明的一个实施例，所述量子密钥分发系统的编码方式包括偏振编码、相位编码和时间相位编码中的至少一者。27.根据本发明的另一方面，还提供了一种可编程控制器，所述可编程控制器被配置为执行如前所述的用于提取光信号的方法。28.本发明所提供的用于提取光信号的方法、装置和可编程控制器不仅能够实现对光子到达信号的时间测量，而且能够在不增加新投入（诸如，各种延时芯片和高速逻辑门）的前提下有效地去除门控信号引起的噪声信号对光信号的影响，提升量子通信系统的成码率。附图说明29.通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述目的和特点将会变得更加清楚。30.图1示出的是根据本发明的示例性实施例的用于提取光信号的方法的示意性流程图。31.图2示出的是根据本发明的示例性实施例的量子通信系统的接收端的信号的时序示意图。32.图3示出了根据本发明的示例性实施例的分别对应于时钟信号和符合信号的时钟信号比特串和符合信号比特串的示意图。33.图4示出了根据本发明的示例性实施例的将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串进行与运算的示意图。34.图5示出了根据本发明的示例性实施例的将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串进行与运算的另一示意图。35.图6示出的是根据本发明的示例性实施例的量子通信系统的接收端的信号的另一时序示意图。36.图7示出的是根据本发明的示例性实施例的用于提取光信号的装置的示意性结构框图。37.图8示出了根据本发明的示例性实施例的在量子通信系统的接收端中经由可编程控制器输出光信号的示意图。具体实施方式38.下面，将参照附图来详细说明本发明的实施例。39.图1示出的是根据本发明的示例性实施例的用于提取光信号的方法的示意性流程图。40.参照图1，根据本发明的示例性实施例的用于提取光信号的方法至少可包括如下步骤。41.在步骤101，可获取用于产生门控信号的时钟信号。42.在步骤102，可获取从单光子探测器在门控信号下探测到的信号中甄别出的符合信号，符合信号包括与单光子探测器接收到的光对应的光信号以及由门控信号的上升沿引起的噪声信号。43.在步骤103，可对齐符合信号中的噪声信号和时钟信号的上升沿。44.在步骤104，可使用与时钟信号同源的高频时钟分别对符合信号和时钟信号进行采样，以分别产生与符合信号对应的符合信号比特串以及与时钟信号对应的时钟信号比特串，在符合信号比特串中，以第一比特指示符合信号的上升沿，以第二比特指示符合信号中除上升沿以外的部分，在时钟信号比特串中，以第一比特指示时钟信号的上升沿，以第二比特指示时钟信号中除上升沿以外的部分。45.在步骤105，可对时钟信号比特串中的各个比特位进行循环移位。46.在步骤106，可针对每次循环移位，将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串进行与运算，直到由与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于光信号的上升沿的第一比特对齐为止。47.这里，作为示例而非限制，当由与运算得到的比特串中与时钟信号中除上升沿以外的部分对应的比特位中出现第一比特并且除出现第一比特的比特位以外的比特位均为第二比特时，由与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于光信号的上升沿的第一比特对齐。当由与运算得到的比特串中的各个比特位均为第二比特时，由与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于时钟信号的上升沿的第一比特未与符合信号比特串中对应于光信号的上升沿的第一比特对齐。48.在步骤107，可响应于循环移位后的时钟信号比特串中对应于时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于光信号的上升沿的第一比特对齐，将由与运算得到的比特串作为光信号输出。49.另外，在图1示出的方法中，门控信号和包括在符合信号中的噪声信号均为与时钟信号同步的周期性信号，在量子通信系统（诸如，但不限于，量子密钥分发系统，并且量子密钥分发系统的编码方式可包括偏振编码、相位编码和时间相位编码中的一者或多者）中，时钟信号可以是用于量子通信系统的系统时钟，单光子探测器可设置在量子通信系统的接收端bob中，光信号可为量子通信系统的发射端alice发射的量子光经由光电转换得到的电信号，时钟信号可为量子通信系统的发射端alice发射的同步光经由光电转换得到的电信号。50.另外，在示例中，图1示出的方法中的各个步骤可由集成在可编程控制器（诸如，但不限于，fpga器件）中的部分功能模块来执行，这样不仅能够省去量子通信系统对延时芯片和高速逻辑门等额外器件的使用，提升量子通信设备的集成化和小型化，而且还能够满足量子通信系统的高速运行要求。51.下面，为方便理解，将以量子通信系统（例如，但不限于，量子密钥分发系统）的接收端为例来进一步详细说明上述用于提取光信号的方法的具体实施过程。52.图2示出了根据本发明的示例性实施例的量子通信系统的接收端的信号的时序示意图。53.参照图2，图中示出的四路信号分别是在量子通信系统的接收端获取到的时钟信号1010、基于单光子探测器的工作性能要求从时钟信号1010产生的门控信号1020、单光子探测器在门控信号1020下探测到的信号1030（也称apd信号）以及利用甄别阈值从信号1030中甄别出的符合信号1040。54.可以看出，图2示出的信号1030可包括随着门控信号的上升沿而产生的上尖峰噪声电压以及随着门控信号的下降沿而产生的下尖峰噪声电压，这使得甄别阈值仅能够从信号1030中去除未超过甄别阈值的下尖峰噪声电压，却无法从信号1030中去除超过甄别阈值的上尖峰噪声电压，因此上尖峰噪声电压会因超过甄别阈值而继续作为符合信号1040输出，相应地，在图2示出的符合信号1040中，不仅包括与单光子探测器接收到的光对应的光信号，而且还包括由门控信号1020的上升沿引起的噪声信号。55.从图2中可以看出，门控信号1020、单光子探测器在门控信号1020下探测到的信号1030以及符合信号1040均为与时钟信号1010同步的周期性信号或者包括与时钟信号1010同步的周期性信号，例如，包括在符合信号1040中的由门控信号1020的上升沿引起的噪声信号也是与时钟信号1010同步的周期性信号。56.因此，为了从符合信号1040中去除由门控信号的上升沿引起的噪声信号，可对符合信号1040作进一步的去噪处理。57.下面，将参照图3至图6来详细说明上述进一步的去噪处理。58.首先，可通过诸如，但不限于，高速模数转换器使用与时钟信号1010同源的高频时钟对时钟信号1010和符合信号1040进行模数转换，以产生如图3示出的时钟信号比特串1050和符合信号比特串1060。59.图3示出了根据本发明的示例性实施例的分别对应于时钟信号和符合信号的时钟信号比特串和符合信号比特串的示意图。60.参照图3，在图中示出的时钟信号比特串1050中，可以以比特“1”指示时钟信号1010的上升沿，以比特“0”指示时钟信号1010中除上升沿以外的部分。在图中示出的符合信号比特串1060中，可以以比特“1”指示符合信号1040的上升沿，以比特“0”指示符合信号1040中除上升沿以外的部分。61.然后，可通过诸如，但不限于，数字信号处理器对时钟信号比特串1050中的各个比特位进行循环移位，并将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串1060进行与运算，以根据与运算的结果从符合信号1040中去除由门控信号的上升沿引起的噪声信号。62.图4示出了根据本发明的示例性实施例的将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串进行与运算的示意图。63.参照图4，在一次循环右移之后，可将循环移位后的时钟信号比特串1050＇与符合信号比特串1060按位进行与运算，由该与运算得到的比特串1070＇中的各个比特位均为比特“0”，这表明循环移位后的时钟信号比特串1050＇中对应于时钟信号的上升沿的比特“1”未与符合信号比特串1060中对应于光信号的上升沿的比特“1”对齐。换言之，循环移位后的时钟信号比特串1050＇中对应于时钟信号的上升沿的比特“1”没有定位到与符合信号比特串1060中对应于光信号的上升沿的比特“1”。64.在这种情况下，可继续对时钟信号比特串1050＇进行循环移位。65.图5示出了根据本发明的示例性实施例的将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串进行与运算的另一示意图。66.参照图5，在另一次循环右移之后，可将循环移位后的时钟信号比特串1050〞与符合信号比特串1060按位进行与运算，由该与运算得到的比特串1070〞中与时钟信号1010中除上升沿以外的部分对应的比特位上出现比特“1”，这表明循环移位后的时钟信号比特串1050〞中对应于时钟信号的上升沿的比特“1”与符合信号比特串1060中对应于光信号的上升沿的比特“1”对齐。换言之，循环移位后的时钟信号比特串1050〞中对应于时钟信号的上升沿的比特“1”已定位到与符合信号比特串1060中对应于光信号的上升沿的比特“1”。此时，由该与运算得到的比特串1070〞可视为与单光子探测器接收到的光对应的光信号的比特串。67.在这种情况下，可停止对时钟信号比特串进行循环移位。68.最后，可通过诸如，但不限于，高速数模转换器对由与运算得到的比特串1070〞进行数模转换，并将转换后得到的信号作为与单光子探测器接收到的光对应的光信号输出。69.应该理解，这里数模转换不是必要的，根据需要，也可直接将与运算得到的比特串1070〞直接输出给其他器件使用。70.图6示出了根据本发明的示例性实施例的量子通信系统的接收端的信号的另一时序示意图。71.参照图6，图中示出的信号1080为基于图5的与运算结果输出的与单光子探测器接收到的光对应的光信号。可以看出，通过上述处理，能够有效地去除由门控信号的上升沿引起的噪声信号对光信号输出的影响。72.图7示出的是根据本发明的示例性实施例的用于提取光信号的装置的示意性结构框图。73.参照图7，根据本发明的示例性实施例的用于提取光信号的装置至少可包括时钟信号获取单元701、符合信号获取单元702、信号对齐单元703、比特串采样单元704、循环移位单元705、与运算单元706以及光信号输出单元707。74.在图7示出的装置中，时钟信号获取单元701可被配置为获取用于产生门控信号的时钟信号；符合信号获取单元702可被配置为获取从单光子探测器在门控信号下探测到的信号中甄别出的符合信号，符合信号包括与单光子探测器接收到的光对应的光信号以及由门控信号的上升沿引起的噪声信号；信号对齐单元703可被配置为对齐符合信号中的噪声信号的上升沿和时钟信号的上升沿；比特串采样单元704可被配置为使用与时钟信号同源的高频时钟分别对符合信号和时钟信号进行采样，以分别产生与符合信号对应的符合信号比特串以及与时钟信号对应的时钟信号比特串，在符合信号比特串中，以第一比特指示符合信号的上升沿，以第二比特指示符合信号中除上升沿以外的部分，在时钟信号比特串中，以第一比特指示时钟信号的上升沿，以第二比特指示时钟信号中除上升沿以外的部分；循环移位单元705可被配置为对时钟信号比特串中的各个比特位进行循环移位；与运算单元706可被配置针对每次循环移位，将循环移位后的时钟信号比特串与符合信号比特串进行与运算，直到由与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于光信号的上升沿的第一比特对齐为止；光信号输出单元707可被配置为响应于循环移位后的时钟信号比特串中对应于时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于光信号的上升沿的第一比特对齐，将由与运算得到的比特串作为光信号输出。75.这里，作为示例而非限制，当由与运算得到的比特串中与时钟信号中除上升沿以外的部分对应的比特位中出现第一比特并且除出现第一比特的比特位以外的比特位均为第二比特时，由与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于时钟信号的上升沿的第一比特与符合信号比特串中对应于光信号的上升沿的第一比特对齐。当由所述与运算得到的比特串中的各个比特位均为第二比特时，由所述与运算得到的比特串指示循环移位后的时钟信号比特串中对应于所述时钟信号的上升沿的第一比特未与符合信号比特串中对应于所述光信号的上升沿的第一比特对齐。76.另外，在图7示出的装置中，门控信号和包括在符合信号中的噪声信号均为与时钟信号同步的周期性信号，在量子通信系统（诸如，但不限于，量子密钥分发系统，并且量子密钥分发系统的编码方式可包括偏振编码、相位编码和时间相位编码中的一者或多者）中，时钟信号可以是用于量子通信系统的系统时钟，单光子探测器可设置在量子通信系统的接收端bob中，光信号可为量子通信系统的发射端alice发射的量子光经由光电转换得到的电信号，时钟信号可为量子通信系统的发射端alice发射的同步光经由光电转换得到的电信号。77.另外，在示例中，图7示出的装置中的各个单元或模块可由集成在可编程控制器（诸如，但不限于，fpga器件）中的各种功能模块来实现，这样不仅能够省去量子通信系统对延时芯片和高速逻辑门等额外器件的使用，提升量子通信设备的集成化和小型化，而且还能够满足量子通信系统的高速运行要求。78.图8示出了根据本发明的示例性实施例的在量子通信系统的接收端中经由可编程控制器输出光信号的示意图。79.可以看出，根据本发明的示例性实施例的用于提取光信号的方法、装置和可编程控制器不仅能够实现对光子到达信号的时间测量，而且能够在不增加新投入（诸如，各种延时芯片和高速逻辑门）的前提下有效地去除门控信号引起的噪声信号对光信号的影响，提升量子通信系统的成码率。80.尽管已参照优选实施例表示和描述了本技术，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本技术的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!