通信装置及其通信方法

1.本公开涉及安全通信领域，具体涉及一种通信装置及其通信方法。


背景技术：

2.光纤通信技术已经被广泛地应用在网络传输的各个层面。随着网络和信息安全逐渐成为保护个人隐私，维护商业机密，保护国家战略安全的重要考虑因素，提高光纤通信的安全保障，也随之变成了重要的研究课题。
3.在现有技术中，对光纤通信的传输信号进行加密是维护信息安全最常用的方法。通过对原始的传输信息进行编码加密，在数据层面提供了一定的安全保障。但是加密技术并不具有稳定的安全性，如果借助计算机的强大的处理功能，攻击者完全可以破译加密数据。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了克服上述问题的至少一个方面，本公开提供一种通信装置，包括：任意波形发生器，激光器，码型发生器，调制器，单模光纤，光耦合器，光滤波器，第一光探测器和第二光探测器；
5.所述任意波形发生器，用于产生隐藏信号并将所述隐藏信号发送至所述激光器，所述隐藏信号用于调谐激光的波长；
6.所述激光器，用于产生激光，并利用所述隐藏信号调谐所述激光，生成第一激光；
7.所述码型发生器，用于产生宿主信号；
8.所述调制器，用于接收所述第一激光和所述宿主信号，将所述宿主信号调制到所述第一激光上，生成第二激光；
9.所述光耦合器通过所述单模光纤连接所述调制器，用于接收所述第二激光，将所述第二激光分为第一光信号和第二光信号；
10.所述第一光探测器，用于接收并探测所述第一光信号包含的宿主信号；
11.所述光滤波器，用于接收所述第二光信号，过滤所述第二光信号，生成第三光信号；
12.所述第二光探测器，用于接收并探测所述第三光信号包含的隐藏信号。
13.可选地，所述第二光探测器用于从所述第三光信号还原出所述隐藏信号。
14.可选地，所述激光器为分布式布拉格反射激光器，包括增益区、相区和光栅区，所述相区为无源波导。
15.可选地，所述激光器的相区连接所述任意波形发生器，用于利用隐藏信号调谐激光的波长，生成第一激光。
16.可选地，所述隐藏信号为电压或电流以预设规律变化的电信号。
17.可选地，所述光滤波器用于滤除波长不符合预设值的光信号。
18.可选地，所述光滤波器为陷波滤波器，或带通滤波器。
19.可选地，所述第一光探测器用于从所述第二光信号还原出所述宿主信号。
20.可选地，所述光耦合器的分光比为1：9。
21.本公开还提供了一种通信方法，基于上述任意一项所述的通信装置，所述方法包括：
22.任意波形发生器产生隐藏信号并将所述隐藏信号发送至所述激光器，所述隐藏信号用于调谐激光的波长；
23.所述激光器产生激光，并利用所述隐藏信号调谐所述激光，产生第一激光；
24.码型发生器产生宿主信号；
25.调制器接收所述第一激光和所述宿主信号，将所述宿主信号调制到所述第一激光上，生成第二激光，将所述第二激光通过单模光纤传输至光耦合器；
26.光耦合器接收所述第二激光，将所述第二激光分为第一光信号和第二光信号，将所述第一光信号传输至第一光探测器，以及将所述第二光信号传输至光滤波器；
27.所述第一光探测器接收并探测所述第一光信号包含的宿主信号；
28.所述光滤波器接收所述第二光信号，过滤所述第二光信号，得到第三光信号，将所述第三光信号传输至第二光探测器；
29.所述第二光探测器接收并探测所述第三光信号包含的隐藏信号。
30.与现有技术相比，本公开具有以下有益效果：
31.1、隐藏信号只改变激光的波长，不改变激光的光功率大小，使得正常通信和隐藏通信可以同步进行，两路信号互不干扰。
32.2、包含保密信息的隐藏信号隐藏在宿主信号中，通过光探测器直接探测调制后的光信号，无法识别出隐藏信号的存在，增强了隐藏信息的安全性能。
33.3、本装置相对于常见的光纤通信装置只需要添加产生隐藏信号的发生装置和光滤波器，装置结构简单，易于搭建，可集成性好。
附图说明
34.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：
35.图1示意性示出了本公开实施例的通信装置的示意图；
36.图2示意性示出了本公开实施例的激光器的结构示意图；
37.图3示意性示出了本公开实施例的隐藏信号的电压图；
38.图4示意性示出了本公开实施例的第一激光的波长时域图；
39.图5示意性示出了本公开实施例的第二探测器输出的电信号图；
40.图6示意性示出了本公开实施例的通信方法的流程图。
具体实施方式
41.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。
42.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。
43.图1示意性示出了根据本公开实施例的通信装置的示意图。如图1所示，本公开提供了一种通信装置100，包括：任意波形发生器1，激光器2，码型发生器3，调制器4，单模光纤5，光耦合器6，第一光探测器7，光滤波器8和第二光探测器9；
44.所述任意波形发生器1，用于产生隐藏信号并将所述隐藏信号发送至所述激光器2，所述隐藏信号用于调谐激光的波长；
45.所述激光器2，用于产生激光，并利用所述隐藏信号调谐所述激光，生成第一激光；
46.所述码型发生器3，用于产生宿主信号；
47.所述调制器4，用于接收所述第一激光和所述宿主信号，将所述宿主信号调制到所述第一激光上，生成第二激光；
48.所述光耦合器6通过所述单模光纤5连接所述调制器4，用于接收所述第二激光，将所述第二激光分为第一光信号和第二光信号；
49.所述第一光探测器7，用于接收并探测所述第一光信号包含的宿主信号；
50.所述光滤波器8，用于接收所述第二光信号，过滤所述第二光信号，生成第三光信号；
51.所述第二光探测器9，用于接收并探测所述第三光信号包含的隐藏信号。
52.在本公开实施例中，包含保密信息的隐藏信号对激光器3发生的激光进行波长调谐，但不改变激光的功率大小，即不改变激光的强度。而在调制器3中，将宿主信号调制到第一激光上，改变了第一激光的强度，生成第二激光。同时，由于第一探测器7和第二探测器9只能探测出激光的强度，因此第一探测器7可以探测出激光包含的已知宿主信号，从所述第二光信号还原出所述宿主信号，但并不能探测出激光包含的未知隐藏信号。而对于第二探测器9来说，光滤波器8可以按照提前设置好的滤波条件，过滤掉中心波长处在滤波器通带范围外的激光和已知宿主信号，使得第二探测器9探测到的光信号中只包含隐藏信号，可以从所述第三光信号还原出所述隐藏信号，从而获得隐藏信号中获得保密信息。
53.通过本公开实施，将需要保密的信息作为隐藏信号隐藏在宿主信号中，通过激光在光纤中一起传输，使得除了发送端和目标接收端外，第三方并不知道保密信息的存在，增强了隐藏信息的安全性能。同时，调谐激光的过程中不改变激光原本强度，使得传输过程并不影响宿主信号的正常通信，宿主信号和隐藏信号之间互不干扰，隐藏效果好，提高了信息的安全性，且通信装置结构简单，易于搭建，可集成性好。
54.作为一种可选实施例，任意波形发生器1产生隐藏信号，所述隐藏信号为电压或电流以预设规律变化的电信号。具体地，所述隐藏信号是电平随时间变化的方波电信号。所述电压随时间变化的方波电信号可对激光器2产生的激光的波长进行调谐，且不改变该激光的功率大小。
55.作为一种可选实施例，所述激光器2为分布式布拉格反射(distributed bragg reflector，dbr)激光器。图2示意性示出了本公开实施例的激光器的结构示意图。如图2所示，所述dbr激光器2，包括增益区10、相区11和光栅区12，其中，所述相区11为无源波导。所
任意波形发生器1与激光器2的相区11通过电缆连接，任意波形发生器1产生的隐藏信号通过相区11对激光的波长进行调谐，而不改变该激光的功率大小。
56.图3示意性示出了本公开实施例的隐藏信号的电压图，图4示意性示出了本公开实施例的第一激光的波长时域图。如图3所示，任意波形发生器1输出的隐藏信号为频率为1mhz的方波信号，高电平为600mv，低电平为300mv。在任意波形发生器1与dbr激光器2的相区11相连。在所述隐藏信号的调制下，dbr激光器2输出的激光的波长随时间变化。如图4所示，dbr激光器输出的第一激光的波长在λ1(1549.6nm)和λ2(1549.9nm)之间以1mhz的频率进行切换，所述第一激光的波长切换规律与隐藏信号中高低电平的切换规律相同，则所述第一激光中包含了所述方波的切换信息。此时只有第一激光的波长随时间发生变化，功率不变。本领域的技术人员可根据实际的需求，选择电流或电压具有不同变化规律的电信号作为隐藏信号，本公开在此不对隐藏信号的电压变化性质作出限定。同时，激光器的种类和该激光器产生的激光类型，本公开也不在此作出限定。
57.码型发生器3与调制器4通过电缆连接，向调制器4发送宿主信号。通过调制器4将宿主信号调制到第一激光上，生成第二激光。经过强度调制，所述第二激光的功率相对于第一激光的功率，发生改变，但激光的波长不发生改变。
58.作为一种可选实施例，光耦合器6通过所述单模光纤5连接所述调制器4，接收调制器4发送的所述第二激光，将所述第二激光分为第一光信号和第二光信号。所述单模光纤5的长度为25km，光耦合器6的分光比为1∶9，则所述第一光探测器7接收的第一光信号的功率占第二激光的功率的90％，所述光滤波器8接收的第二光信号的功率占第二激光的功率的10％。本领域的技术人员可根据实际的需求，对单模光纤5的长度和光耦合器6的分光比进行设置，本公开在此不对单模光纤5的长度和光耦合器6的分光比作出限定。
59.作为一种可选实施例，所述光滤波器8用于滤除波长不符合预设值的光信号。所述光滤波器8具体可以为陷波滤波器，或带通滤波器。由于光探测器只能探测光信号的强度，无法探测光信号的波长变化，因此，光探测器无法直接探测到光信号中包含的波长切换的信息。通过光滤波器8将具有特定波长的光信号滤除，即，当光信号在切换至该特定波长时，此时的光信号的强度几乎为0，而当光信号切换至另一波长时，该光信号依旧保持原有的强度。当第二光探测器9探测第二光信号的强度时，可以探测到所述第二光信号的强度切换规律，从而通过滤除特定波长的光信号实现调制光信号的强度。具体地，可设置光滤波器8滤除波长为λ2(1549.9nm)的激光，只让波长为λ1(1549.6nm)的激光通过。
60.当第二光信号的波长为1549.6nm时，进入第二光探测器9的光功率不为零，当第二光信号的波长为1549.9nm时，第二光信号被光滤波器8滤除，进入第二光探测器9的光功率为零。具体地，如图5所示，第二光探测器9输出的电信号为频率为1mhz的“0”和“1”信号。该电信号的切换规律与隐藏信号的高低电平切换规律一致。第二光探测器9输出的电信号即为隐藏通信中传输的隐藏信号。
61.同时，第一光探测器7探测第一光信号经过调制器4进行强度调制后的光信号，由于光探测器只能探测出光信号的强度，不会探测到光的波长变化，由于波长切换时，光信号的强度不发生改变，因此第一光探测器7不会探测出波长切换规律。第一光探测器7输出的电信号由码型发生器3的输出宿主信号决定。例如，码型发生器3输出25gb/s的nrz信号作为宿主信号，第一光探测器7输出的电信号是与之相对应的25gb/s的nrz信号。此信号即为正
常通信中传输宿主电信号。
62.本公开提供了一种详细的通信方法，适用于上述的通信装置，图6示意性是出了根据本公开实施例的通信方法的流程图。
63.如图6所示，所述光纤通信方法至少包括以下步骤：
64.s1，任意波形发生器产生隐藏信号并将所述隐藏信号发送至所述激光器，所述隐藏信号用于调谐激光的波长；
65.s2，所述激光器产生激光，并利用所述隐藏信号调谐所述激光，产生第一激光；
66.s3，码型发生器产生宿主信号；
67.s4，调制器接收所述第一激光和所述宿主信号，将所述宿主信号调制到所述第一激光上，生成第二激光，将所述第二激光通过单模光纤传输至光耦合器；
68.s5，光耦合器接收所述第二激光，将所述第二激光分为第一光信号和第二光信号，将所述第一光信号传输至第一光探测器，以及将所述第二光信号传输至光滤波器；
69.s6，所述第一光探测器接收并探测所述第一光信号包含的宿主信号；
70.s7，所述光滤波器接收所述第二光信号，过滤所述第二光信号，得到第三光信号，将所述第三光信号传输至第二光探测器；
71.s8，所述第二光探测器接收并探测所述第三光信号包含的隐藏信号。
72.需要说明的是，本公开的实施例中通信方法与本公开的实施例中通信装置部分是相对应的，通信方法的描述具体参考通信装置部分，在此不再赘述。
73.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。
74.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。