[发明专利]使用空间复用的安全数据传输

说明书

优先权声明

本申请要求享有2011年1月9日提交的美国临时申请No.61/431,040的权益。

相关申请的交叉引用

本申请的主题涉及2011年3月31日提交的、代理所卷号809508、发明人为Peter J.Winzer以及标题为“SECURE DATA TRANSMISSION USING SPATIAL MULTIPLEXING(使用空间复用的安全数据传输)”的美国专利申请No.13/077,056的主题，该申请通过引用将其全文包含于此。

技术领域

本发明涉及光传输设备，并且更具体但不排他性地涉及支持使用空间复用的数据传输的设备。

背景技术

本小节介绍可以有助于更好地理解所公开的发明的诸多方面。因此，本小节的叙述应从此角度阅读，而不应理解为承认什么是现有技术或者什么不是现有技术。

当今的光纤光学传输系统基于单偏振或偏振复用的单横模传输，或者基于多模传输，在多模传输中，所有模式基本上携带相同的数据。这两种系统都易被分接，其中通过弯曲传输光纤使得少量光在局部弯曲处被耦合出来而进行分接。被分接出的光继而在光纤弯曲的位置处通过灵敏接收机进行检测，从而为窃听者提供对通过该光纤传输的整个波分复用(WDM)谱的访问。该少量的额外损失在位于传输光纤末端的合法接收机处不容易被检测到，这使得窃听者不会被察觉。

在2008年1月24日公开的、标题为“Intrusion Detection in Optical Fiber Networks(光纤网络中的入侵检测)”、D.Butler等人的美国专利申请公开No.2008/001888中提供了检测单模光纤系统中窃听者的存在的方法，该申请通过引用将其全文包含于此，其中传输以若干个光波长进行，并且这些波长之间的差分损耗的变化用作对窃听者的存在的指示。

发明内容

下文提供所公开主题的简要概述，以便提供对所公开主题的某些方面的理解。此概述并不是对所公开主题的穷尽性的概览，也不旨在识别所公开主题的关键或决定性元素，并且不旨在描绘所公开主题的范围。其唯一目的在于以简化形式提供一些概念，作为后面讨论的更详细描述的序曲。

上面在说明书背景技术部分中描述的系统具有至少两个重要的危害。首先，单模光纤和传统的多模光纤本质上易于受到弯曲感应的分接。其次，使用嵌入式光学放大器的系统通常将均衡所有波长的放大信号的功率水平，并且因此将会把波长相关的损耗差分转换为信噪比(SNR)差分，后者继而阻止了通过接收机处的单个差分损耗测量来检测窃听者。

而且，尽管基于量子的用于获得物理层安全的技术可能从根本上对于窃听是鲁棒的，但是它们不兼容光学放大的传输基础设施，这严重地限制了它们的范围以及它们在实际商业网络中的适用性。

本文所提供的实施例解决了与基于经典光学通信、使用物理层安全来传输数据相关联的一个或多个危害，而无需求助于诸如量子密钥分发之类的量子加密技术。本文公开的一个或多个实施例允许空间复用的(例如多芯或多模)光纤上的安全物理层传输。其他公开的实施例提供了通过使用空间分辨的差分损耗或信噪比(SNR)测量，来识别分接到这种用于这种空间复用物理层传输的光纤中的窃听者的存在的能力。

在一个实施例中，一种发射机包括编码器、多个调制器和空间复用器。编码器配置用于将一个或多个输入比特流编码为多个编码比特流并且提供这多个编码比特流作为输出。多个调制器中的每个调制器配置用于接收该多个编码比特流中的相应编码比特流，对该多个编码比特流中的此相应编码比特流进行调制，以及提供经调制的输出信号。空间复用器配置用于对多个经调制的输出信号进行空间复用以插入在空间复用波导上。

空间复用器可以配置用于向多模光纤的一个模式或者多芯光纤的一个纤芯提供空间复用的多个经调制的输出信号中的至少一个。调制器可以使用如下来执行调制：偏振复用复数值的光调制格式、强度调制的光调制格式、开/关键控、偏振复用正交相移键控、或者偏振复用正交幅度调制。也可以利用其他调制格式。

在一个实施例中，恢复一个或多个输入比特流要求对应于待检测的一个或多个输入比特流的该多个空间复用的经调制的输出信号中的所有输出信号必须被同时地、空间选择性地检测。在另一实施例中，对应于一个或多个输入比特流的该多个空间复用的经调制的输出信号中的子集必须被同时地、空间选择性地检测，以便恢复第一输入比特流。