CN119402100B 一种光通信系统及其光通信方法 （四川复津安科技有限责任公司）

(19)国家知识产权局(12)发明专利(72)发明人宋秋衡贾模张文娟合伙)51224的光通信系统包括主控单元、光组件驱动单元、光组件驱动单元分别与所述光发射组件的输入入端以及所述第二光接收组件的输入端均与所2接收组件、第二光接收组件、光模块和模数转换单元；所述主控单元通过所述光组件驱动单元分别与所述光发射组件的输入端以及所述第一光接收组件的输出端连接，所述光发射组件的输出端、所述第一光接收组件的输入端以及所述第二光接收组件的输入端均与所述光模块连接，所述第二光接收组件的输出端通过所述模数转换单元与所述主控单元连接；所述光发射组件，用于在所述光组件驱动单元的驱动下输出发射光，并通过所述光模块输出发射光至另一光通信系统，所述光发射组件输出的发射光包括脉冲光和直流光；对应地，所述第一光接收组件用于通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的脉冲光，并对其进行光电转化处理，得到第一电信号，再将所述第一电信号通过所述光组件驱动单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元解析得到与所述第一电信号对应的通信信息；所述第二光接收组件用于通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的直流光，并对其进行光电转化处理，得到第二电信号，再将所述第二电信号通过所述模数转换单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元得到与所述第二电信号对应的传感信号，并基于所述传感信号进行光通信安全状态监测；所述光模块包括波分复用器、2*2光纤耦合器和1*2光纤耦合器，所述波分复用器的输入端与所述光发射组件的输出端连接，所述波分复用器的输出端与所述2*2光纤耦合器的第一输入端连接，所述2*2光纤耦合器的第一输出端作为所述光通信系统的发送端，所述1*2光纤耦合器的输入端作为所述光通信系统的接收端，所述1*2光纤耦合器的第一输出端与所述第一光接收组件的输入端连接，所述1*2光纤耦合器的第二输出端与所述2*2光纤耦合器的第二输入端连接，所述2*2光纤耦合器的第二输出端与所述第二光接收组件的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种光通信系统，其特征在于，所述光组件驱动单元包括数字信号处理器、放大器和调制器，所述数字信号处理器分别与所述主控单元、所述放大器和所述调制器连接，所述放大器与所述第一光接收组件的输出端连接，所述调制器与所述光发射组件的输入端连接。3.根据权利要求2所述的一种光通信系统，其特征在于，所述调制器采用铌酸锂MZ光强度调制器。4.根据权利要求1所述的一种光通信系统，其特征在于，所述光发射组件包括依次连接的激光驱动器和激光器，所述激光驱动器的输入端为所述光发射组件的输入端，所述激光器的输出端为所述光发射组件的输出端；所述激光器采用DFB激光器。5.根据权利要求1所述的一种光通信系统，其特征在于，所述第一光接收组件和所述第二光接收组件均包括沿光的传输方向依次连接的光探测器和光电转化单元，所述第二光接收组件中光电转化单元的响应频率均不低于10GHz。6.一种如权利要求1至5任一项所述的光通信系统的光通信方法，其特征在于，包括：所述主控单元向所述光组件驱动单元发送指定数字信号，以便所述光组件驱动单元对所述指定数字信号进行信号调制处理，得到调制信号，并将所述调制信号输送至所述光发射组件，以便所述光发射组件输出发射光，再通过所述光模块将所述发射光传输至另一光通信系统；其中，所述光发射组件输出的发射光包括脉冲光和直流光；所述第一光接收组件通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的脉冲光，并对其3所述第二光接收组件通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的直流光，并对其所述主控单元获取第一威胁事件发生时刻，并基于所述第一威胁事件发生时刻生成报所述主控单元根据所述第一威胁事件发生时刻和所述第二威所述主控单元获取所述第二光接收组件接收的直流光的光强的光相位差，为所述光模块的初始相位差。4技术领域[0001]本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种光通信系统及其光通信方法。背景技术[0002]光纤通信与无线通信相比，在保密性上具有显著的优势，这是因为光纤通信中的电磁波被完全束缚在光纤纤芯中进行传播，几乎不产生外部泄漏，使得外界很难通过检测光纤周围的电磁波的方式来截取或解码光纤中正在传输的信息。随着信息技术的发展，光纤通信因其长距离传输能力、高度可靠性和稳定性等优点，广泛应用于各种通信场景中，成为数据传输的重要手段，光收发模块作为信息的加载和接收设备得以大规模应用。[0003]现有技术中，公开号为CN114815087A的中国专利申请公开了一种光收发模块及光收发器，该申请提出了一种对光电变换电路进行控制的控制电路的返修容易的光收发模块，公开号为CN115189760A的中国专利申请公开了一种光申请通过对目标光模块中写入预先设置的使能信息，实现了对光模块的灵活监测，并且该使能信息可以使目标光模块将监测到的目标光模块的状态信息通过目标管脚输出，从而使网络设备能够实时抓取目标光模块的当前状态，提高光模块监测的准确性。[0004]在光通信技术的实际应用过程中，发明人发现，攻击者可能通过破坏光纤内部光的全反射机制，导致光信号泄露，从而获取传输中的数据位并解读出传输信息，更加严重的是，攻击者甚至能够向光纤中注入非法光信号，干扰甚至替换原有的合法光信号，达到覆盖和篡改信息的目的。上述现有技术均无法实现对光收发模块的光通信安全状态监测，难以保证光通信的安全性。发明内容[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种光通信系统及其光通信方法。[0007]第一方面，本发明提供了一种光收发系统，包括主控单元、光组件驱动单元、光发射组件、第一光接收组件、第二光接收组件、光模块和模数转换单元；所述主控单元通过所述光组件驱动单元分别与所述光发射组件的输入端以及所述第一光接收组件的输出端连接，所述光发射组件的输出端、所述第一光接收组件的输入端以及所述第二光接收组件的输入端均与所述光模块连接，所述第二光接收组件的输出端通过所述模数转换单元与所述主控单元连接；[0008]所述光发射组件，用于在所述光组件驱动单元的驱动下输出发射光，并通过所述光模块输出发射光至另一光通信系统，所述光发射组件输出的发射光包括脉冲光和直流光；对应地，所述第一光接收组件用于通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的脉冲光，并对其进行光电转化处理，得到第一电信号，再将所述第一电信号通过所述光组件驱动单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元解析得到与所述第一电信号对应的通信信5息；所述第二光接收组件用于通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的直流光，并对其进行光电转化处理，得到第二电信号，再将所述第二电信号通过所述模数转换单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元得到与所述第二电信号对应的传感信号，并基于所述传感信号进行光通信安全状态监测。[0009]在一个可能的设计中，所述光组件驱动单元包括数字信号处理器、放大器和调制器，所述数字信号处理器分别与所述主控单元、所述放大器和所述调制器连接，所述放大器与所述第一光接收组件的输出端连接，所述调制器与所述光发射组件的输入端连接。[0010]在一个可能的设计中，所述调制器采用铌酸锂MZ光强度调制器。[0011]在一个可能的设计中，所述光模块包括波分复用器、2*2光纤耦合器和1*2光纤耦合器，所述波分复用器的输入端与所述光发射组件的输出端连接，所述波分复用器的输出端与所述2*2光纤耦合器的第一输入端连接，所述2*2光纤耦合器的第一输出端作为所述光通信系统的发送端，所述1*2光纤耦合器的输入端作为所述光通信系统的接收端，所述1*2光纤耦合器的第一输出端与所述第一光接收组件的输入端连接，所述1*2光纤耦合器的第二输出端与所述2*2光纤耦合器的第二输入端连接，所述2*2光纤耦合器的第二输出端与所述第二光接收组件的输入端连接。[0012]在一个可能的设计中，所述光发射组件包括依次连接的激光驱动器和激光器，所述激光驱动器的输入端为所述光发射组件的输入端，所述激光器的输出端为所述光发射组[0013]在一个可能的设计中，所述第一光接收组件和所述第二光接收组件均包括沿光的传输方向依次连接的光探测器和光电转化单元，所述第二光接收组件中光电转化单元的响应频率均不低于10GHz。[0014]第二方面，本发明提供了一种如上述任意一项所述的光通信系统的光通信方法；[0015]所述主控单元向所述光组件驱动单元发送指定数字信号，以便所述光组件驱动单元对所述指定数字信号进行信号调制处理，得到调制信号，并将所述调制信号输送至所述光发射组件，以便所述光发射组件输出发射光，再通过所述光模块将所述发射光传输至另一光通信系统；其中，所述光发射组件输出的发射光包括脉冲光和直流光；[0016]所述第一光接收组件通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的脉冲光，并对其进行光电转化处理，得到第一电信号，再将所述第一电信号通过所述光组件驱动单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元解析得到与所述第一电信号对应的通信信息；[0017]所述第二光接收组件通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的直流光，并对其进行光电转化处理，得到第二电信号，再将所述第二电信号通过所述模数转换单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元得到与所述第二电信号对应的传感信号，并基于所述传感信号进行光通信安全状态监测。[0019]所述主控单元根据所述传感信号判断是否发生威胁事件，如是，则进入下一步；[0020]所述主控单元获取第一威胁事件发生时刻，并基于所述第一威胁事件发生时刻生成报警信息，再向所述另一光通信系统进行报警信息的通信，以便得到所述另一光通信系统获取的第二威胁事件发生时刻；6附图说明7具体实施方式[0037]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明做简单的介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。[0038]实施例1:发射组件、第一光接收组件、第二光接收组件、光模块和模数转换单元；所述主控单元通过所述光组件驱动单元分别与所述光发射组件的输入端以及所述第一光接收组件的输出端连接，所述光发射组件的输出端、所述第一光接收组件的输入端以及所述第二光接收组件的输入端均与所述光模块连接，所述第二光接收组件的输出端通过所述模数转换单元与所述主控单元连接；[0040]所述光发射组件，用于在所述光组件驱动单元的驱动下输出发射光，并通过所述光模块输出发射光至另一光通信系统，所述光发射组件输出的发射光包括脉冲光和直流光；对应地，所述第一光接收组件用于通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的脉冲光，并对其进行光电转化处理，得到第一电信号，再将所述第一电信号通过所述光组件驱动单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元解析得到与所述第一电信号对应的通信信息；所述第二光接收组件用于通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的直流光，并对其进行光电转化处理，得到第二电信号，再将所述第二电信号通过所述模数转换单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元得到与所述第二电信号对应的传感信号，并基于所述传感信号进行光通信安全状态监测。具体地，本实施例中，所述主控单元可基于所述传感信号进行威胁事件的判断及预警，以实现光纤光通信安全状态监测功能。[0041]本实施例在实施过程中，当有非法者接触本实施例中的光通信系统或者用于连接通信双方的通信光缆时，可通过传感信号实现威胁事件的识别，并可通过传感信号中的光纤相位变化信息，还原体现威胁事件物理参量的相位差信息，以获取威胁事件的具体类型。[0042]需要说明的是，本实施例中，所述光发射组件输出的发射光包括脉冲光和直流光，脉冲光携带有待传输的通信信息，直流光携带有光纤振动和应变信号，两者在带宽响应有所区别，脉冲光和直流光分别承担了数据传输和安全监测两方面的载波功能，其目的为实现与另一光通信系统之间的通信，同时可通过原始载波还原数据传输载波的安全状态。[0043]本实施例中，所述光组件驱动单元包括数字信号处理器、放大器和调制器，所述数字信号处理器分别与所述主控单元、所述放大器和所述调制器连接，所述放大器与所述第一光接收组件的输出端连接，所述调制器与所述光发射组件的输入端连接。具体地，本实施例中，所述调制器用于将所述数字信号处理器发送的电信号进行调制处理，以实现“0”和“1”电信号与脉冲信号的转换，然后将调制后得到的脉冲信号输送至所述光发射组件；所述放大器采用TIA(Trans-impedanceamplifier,跨阻放大器)/LA(LimitingAmplifier,限幅放大器),用于在所述第一光接收组件将其接收的光信号转换为第一电信号后，对所述第一电信号进行放大处理，得到第一放大后电信号；所述数字信号处理器可接收所述第一放大后电信号，并进行“0”和“1”信号的识别，得到与所述8至所述主控单元，以便所述主控单元根据所述通信信号解析得到通信信息，并通过预设的通信接口，实现数据向上位机的上传；还应当理解的是，所述数字信号处理器中内置有时钟恢复电路，以实现恢复时钟及信号损失补偿等功能。[0044]应当理解的是，本实施例中，所述光组件驱动单元中还包括用于向所述数字信号处理器、所述放大器和所述调制器等器件提供电力支持的供电单元。[0045]本实施例中，所述调制器采用铌酸锂MZ(Mach-Zehnder,马赫-曾德尔)光强度调制甚至更高，适用于现代高速数据传输需求，同时，由于铌酸锂材料的优良电光效应，该种型号的调制器可以在较低的驱动电压下工作，从而减少插入损耗，提高系统的整体效率和性能，此外，该种型号的调制器还具备线性度好及热稳定性佳等技术优势，可为光通信系统提[0046]本实施例中，如图2所示，所述光模块包括波分复用器(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)、2*2光纤耦合器和1*2光纤耦合器，所述波分复用器的输入端与所述光发射组件的输出端连接，所述波分复用器的输出端与所述2*2光纤耦合器的第一输入端连接，所述2*2光纤耦合器的第一输出端作为所述光通信系统的发送端，所述1*2光纤耦合器的输入端作为所述光通信系统的接收端，所述1*2光纤耦合器的第一输出端与所述第一光接收组件的输入端连接，所述1*2光纤耦合器的第二输出端与所述2*2光纤耦合器的第二输入端连接，所述2*2光纤耦合器的第二输出端与所述第二光接收组件的输入端连接。需要说明的是，本实施例中，所述波分复用器的输入端、所述2*2光纤耦合器的第二输出端和所述1*2光纤耦合器的第一输出端构成光信号处理光接口，以实现与所述光发射组件的输出端、所述第二光接收组件的输入端和所述第一光接收组件的输入端的连接；所述2*2光纤耦合器的第一输出端和所述1*2光纤耦合器的输入端构成光信号传输光接口，以实现与其他光通信系统之间的光纤通信连接。[0047]在本实施例的所述光模块中，所述1*2光纤耦合器的第一输出端向所述第一光接收组件输送脉冲光，以便实现本实施例中光通信系统与另一光通信系统之间的通信信息解析；所述光模块向所述第二光接收组件输送的直流光为所述2*2光纤耦合器处两束相干光波叠加后得到的直流干涉光，其强度变化反映了通信光纤中的光波相位变化，且相位变化的幅值、频率和持续时间对应不同的威胁事件，所述主控单元可实现威胁事件类型判断，并在出现威胁事件时进行预警。[0048]本实施例中，所述1*2光纤耦合器可将从所述另一光通信系统接收的初始光分成多束，并将其中一束作为信号光(也即脉冲光)输送至所述第一光接收组件，将一束作为参考光输送至所述2*2光纤耦合器的第二输入端，并所述2*2光纤耦合器后进入所述第二光接收组件，由于光源具有一定相干长度且同一光缆中两芯光纤等效长度差在光源相干长度内，所述第二光接收组件即可获得携带相位信息的直流光。[0049]本实施例中，所述光发射组件包括依次连接的激光驱动器和激光器，所述激光驱动器的输入端为所述光发射组件的输入端，所述激光器的输出端为所述光发射组件的输出端；所述激光器采用线宽约为10MHz的DFB(DistributedF具有一定的相干长度和很好的边模抑制比，利用一根光缆中的两芯光纤可以实现较高可见度的干涉现象。9[0050]本实施例中，所述第一光接收组件和所述第二光接收组件均包括沿光的传输方向依次连接的光探测器和光电转化单元，所述第二光接收组件中光电转化单元的响应频率均不低于10GHz。需要说明的是，所述光电转换单元可将从对应的光接收组件接收的代表数字的响应频率，当通信调制速率在1000Mpbs时，所述第二光接收组件中光电转化单元将对光信号进行平均，从而自动滤除光模块对光强度调制后对干涉质量的影响，采用高频响应有助于更精确地捕捉快速变化的光信号，从而减少信号失真和误码率，同时具备较好的噪声抑制能力，提高信噪比，由此确保所述第二光接收组件能够高效且可靠地处理高速数据流。[0051]将本实施例中的光通信系统表示为光通信系统A,将所述另一光通信系统表示为光通信系统B,则二者之间进行光通信的三种形式的通信示意图分别如图3至图5所示。[0052]本实施例可实现光通信安全状态监测，利于提高光通信的安全性。具体地，本实施例对光通信系统的内部结构进行改进，设置了主控单元、可发射脉冲光和直流光的光发射组件、可接收另一光通信系统传输的脉冲光的第一光接收组件以及可接收另一光通信系统传输的直流光的第二光接收组件等结构，在实施过程中，主控单元可解析得到与所述第一电信号对应的通信信息以及与所述第二电信号对应的传感信号，并基于所述传感信号进行光通信安全状态监测，基于此，本实施例可在正常进行光通信的基础上，实现通信双方的光模块和传输光纤中外部切割、剥离及折弯等非法入侵行为的安全状态监测，可利于及时发现光通信过程中的威胁事件，以便对光纤通信采取相应的防护措施，由此保证光通信的安全性。[0054]本实施例公开了一种如实施例1中任一项所述的光通信系统的光通信方法，包括：[0055]所述主控单元向所述光组件驱动单元发送指定数字信号，以便所述光组件驱动单元对所述指定数字信号进行信号调制处理，也即将能量低的数字信号与其产生的能量高的载波信号进行混合处理，得到调制信号，并将所述调制信号输送至所述光发射组件，以便所述光发射组件输出发射光，再通过所述光模块将所述发射光传输至另一光通信系统；其中，所述光发射组件输出的发射光包括脉冲光和直流光；[0056]所述第一光接收组件通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的脉冲光，并对其进行光电转化处理，得到第一电信号，再将所述第一电信号通过所述光组件驱动单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元解析得到与所述第一电信号对应的通信信息；需要说明的是，所述主控单元最终可获得发送方，也即另一光通信系统加载的信息。[0057]所述第二光接收组件通过所述光模块接收所述另一光通信系统传输的直流光，并对其进行光电转化处理，得到第二电信号，再将所述第二电信号通过所述模数转换单元传输至所述主控单元，以便所述主控单元得到与所述第二电信号对应的传感信号，并基于所述传感信号进行光通信安全状态监测。需要说明的是，本实施例中，通信双方均可进行通信安全监测，一旦通信双方的主控单元根据对应的传感信号得知传输路径或者光模块有威胁事件发生，通信双方均可实现威胁事件发生时刻和持续时间的提取。[00