ES2370187B1 - Sistema de integracion de canales con informacion cuantica en redes de comunicaciones - Google Patents

Abstract

Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones.#La red incluye segmentos de fibra óptica (3) y equipamiento convencional (1, 2, 4), mientras que un sistema de distribución cuántica de claves (QKD) dispone de dispositivos de intercambio de información mediante canal cuántico (7, 8). El sistema comprende al menos un filtro (6) para cada uno de los referidos dispositivos de intercambio (7, 8) y al menos un bloque de gestión de canales clásicos y cuánticos (5) que reduce el ruido en canales cuánticos y que presenta al menos funciones de: atenuación de la potencia de inserción de los canales clásicos en la red; polarizaciones distintas en los diversos canales clásicos y cuánticos; y cambios de asignaciones de longitudes de onda tanto en canales clásicos como cuánticos.

Description

Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones.

Objeto de la invención

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, cuya finalidad esencial es proporcionar unos medios técnicos que faciliten la integración de canales clásicos y cuánticos en redes ópticas de comunicaciones, con especial aplicabilidad a sistemas de distribución cuántica de claves que generan claves criptográficas entre dos extremos para comunicaciones secretas.

La invención pertenece al campo de las comunicaciones, y en concreto a la integración en redes ópticas pasivas (PON) de canales que transportan información cuántica. Dentro de las redes PON, se pueden diferenciar dos grupos: las redes metropolitanas (MAN) y las redes de acceso (FTTx). A su vez, dentro de las redes PON de acceso se puede dar una división en dos subgrupos, consistentes en las redes de acceso por división en el tiempo (TDM-PON) y las redes de acceso por división en frecuencia (WDM-PON). La invención es aplicable a todos los tipos de redes (PON) que se acaban de citar.

Es objeto de la invención el integrar un sistema de transporte de información mediante canales cuánticos, como por ejemplo un sistema de distribución cuántica de claves dentro de las redes metropolitanas y de acceso, de la manera más eficiente y menos intrusiva posible, logrando el menor número de cambios en las infraestructuras de red.

Antecedentes de la invención

Un sistema de comunicación de información mediante canales cuánticos es aquel que utiliza las propiedades físicas impuestas por la mecánica cuántica como medio para la codificación de información. De este modo, se puede transmitir todo tipo de información entre dos puntos. En concreto, en este documento se hace referencia explícita a los sistemas de distribución cuántica de claves (QKD), los cuales utilizan la información codificada en partículas cuánticas para generar claves criptográficas entre dos extremos. Normalmente estas partículas se conocen como qubits (Quantum bits).

Un sistema de distribución cuántica de claves consiste en dos equipos que intercambian una clave utilizando un protocolo basado en los principios de la física cuántica [1, 2, 3, 4], Nos referiremos a cada uno de esos equipos (los extremos de un sistema QKD) con los nombres anglosajones de Alice y Bob respectivamente; habiéndose referenciado como 7 y 8, también respectivamente, en las figuras de esta memoria. Para que este intercambio se pueda llevar a cabo los extremos de un sistema QKD (Alice y Bob) están conectados a través de dos canales de comunicación: uno cuántico

o privado, y otro público o convencional. El medio de transmisión comúnmente utilizado para el canal cuántico es la fibra óptica y el elemento físico utilizado para la codificación del qubit es el fotón [5].

Además del envío de información a través del canal cuántico, un sistema QKD requiere del intercambio de información de forma convencional para la reconciliación, la corrección y el destilado de una clave. La reconciliación de la clave intercambiada a través del canal cuántico es el proceso por el cual los extremos de un sistema QKD intercambian información acerca de las bases utilizadas en la codificación y decodificación de los qubits transmitidos por el canal cuántico. Tras la reconciliación de la clave, esta debe ser corregida a fin de evitar las posibles discrepancias en la misma debido a los errores producidos durante el intercambio a nivel cuántico. La corrección de la clave produce la primera clave idéntica en ambos extremos de la comunicación y requiere de un protocolo de corrección de errores que publica información de la clave a través de un canal convencional [6], La tasa de error producida en un sistema QKD se denomina QBER [5], Finalmente, el destilado de una clave secreta en ambos extremos de la comunicación exige el intercambio de información adicional a través del canal público (o convencional) en la fase de amplificación de la privacidad [7, 8].

La comunicación en los canales que unen los extremos de un sistema de intercambio de información cuántica, canales cuánticos y convencionales, puede realizarse a través del mismo medio utilizando técnicas de modulación por división en el tiempo (TDM) o división en frecuencias (WDM). Las técnicas de modulación permiten también la utilización de otros canales de comunicación y, por lo tanto, la integración de éstos sistemas en sistemas de comunicación convencionales.

De las dos técnicas de modulación comentadas sólo en la modulación por división en frecuencias (WDM) la transmisión de señales se realiza en distintos canales y de forma simultánea, permitiendo el incremento del volumen de información transmitida en un mismo medio por unidad de tiempo. El incremento en la capacidad de transmisión del medio es especialmente interesante para, al menos, poder agilizar las comunicaciones requeridas por los protocolos utilizados en QKD, como son la reconciliación de bases, corrección de errores y amplificación de la privacidad, aunque existen alternativas para la destilación de claves, como son los códigos LDPC, que permiten reducir el tráfico de red entre los extremos de un sistema QKD. Los dos estándares para multiplexación en frecuencia en un canal de transmisión óptico, en función de su distancia entre canales, son: Coarse y Dense WDM (CWDM y DWDM respectivamente).

Las redes ópticas comerciales construidas mediante tecnología pasiva, i.e. las redes ópticas pasivas (PON), permiten el uso de canales de comunicación cuánticos, debido a que las señales transmitidas en una red PON no se ven interceptadas por la presencia de componentes intermedios: repetidores, amplificadores, etc. Estos canales pueden convivir simultáneamente con otros canales mediante tecnologías de modulación por división en frecuencias.

Basadas las tecnologías PON encontramos tanto a las redes metropolitanas (MAN) como las redes de acceso.

Las redes PON metropolitanas son, por lo general, construidas siguiendo una topología en forma de anillo en el que se localizan distintos nodos. Las señales que llegan a cada nodo pueden atravesar el mismo, o ser desviadas hacia una ruta de salida en función de la frecuencia de la señal entrante. Este encaminamiento de la información se realiza gracias a la multiplexación en frecuencias de distintos canales de comunicaciones, utilizando tecnologías CWDM o DWDM por ejemplo, lo que permite mantener el carácter pasivo de estas redes, y por lo tanto, se mantiene inalterada la información transmitida a través de un canal cuántico.

Estas redes soportan grandes flujos de datos entre sus distintos nodos, que a su vez pueden estar separados por grandes distancias, lo que suele implicar el uso (por defecto) de altas potencias de emisión a la hora de comenzar una comunicación bajo tecnología PON. Cada uno de los nodos de una red metropolitana suele estar conectado a una o mas redes de acceso.

La estructura de un nodo de red metropolitana se puede ver en la Fig. 7. En cada nodo existe un multiplexor que separa todos los canales que llegan a través de la fibra. Además, dispone de otro multiplexor en el que los canales de salida se unen mediante multiplexación en frecuencia para viajar por la fibra hasta el siguiente nodo. Mediante la configuración del nodo que decide la acción que debe realizar un conmutador, cada canal continúa hasta el siguiente salto o se redirige de manera que sale del anillo. Con los canales de entrada ocurre lo mismo, y mediante un conmutador se redirige a la fibra del anillo.

Las redes de acceso PON son redes de comunicaciones destinadas a la conexión de los usuarios finales con una red global de comunicaciones. Las redes de acceso son también conocidas como redes de última milla.

Su estructura consiste en un dispositivo que se sitúa en la central del proveedor encargado de gestionar las comunicaciones con los usuarios (conocido como OLT, de Optical Line Terminal, en nomenclatura ITU). Este dispositivo está conectado a una única línea de fibra óptica compartida por todos los usuarios de la red. Esta línea se conecta en su otro extremo con un distribuidor, el cual separa los canales y los envía a cada usuario a través de una línea de fibra óptica dedicada y exclusiva para cada uno de ellos. En el extremo del usuario se conecta a un dispositivo encargado de centralizar las comunicaciones con el usuario y hacer de puente para la interfaz que éste utilice (conocido como ONT, de Optical Network Terminal, en nomenclatura ITU, y ONU, de Optical Network Unit, en nomenclatura IEEE). Esta estructura se puede observar en la Fig.5yenla Fig. 6.

A los canales que se propagan desde la central del proveedor hasta el usuario se les conoce como canales de bajada, mientras que a los que se propagan en sentido contrario se les conoce como canales de subida. En concreto, las redes TDM-PON utilizan una técnica de compartición de la línea entre los usuarios por división en el tiempo. Esto quiere decir que a cada usuario se le asignan de manera dinámica unos espacios temporales en los que el medio óptico se encontrará disponible para enviar y recibir información a través del mismo. De esta manera, en un instante de tiempo dado el medio óptico tan solo está en uso por un usuario final, evitando colisiones de las señales.

La estructura de un ejemplo de este tipo de redes se puede ver en la Fig. 5. En ella se pueden observar los distintos componentes que conforman la red.

Las redes WDM-PON permiten que distintos usuarios compartan un mismo medio mediante la división por multiplexación en frecuencias de las señales transmitidas.

Cada usuario puede disponer de un canal individual de forma que todos los usuarios de una red WDM-PON pueden estar enviando y recibiendo información al mismo tiempo a través de una única red de acceso.

Un ejemplo de este tipo de redes se puede ver en la Fig. 6. En la figura se puede observar también su estructura y los distintos componentes que conforman la red.

La utilización de sistemas QKD de forma simultánea con otras comunicaciones se encuentra patentada desde 1994 [10], pero la aplicación de la multiplexación de canales sin un control de la potencia de los canales emitidos tiene importantes limitaciones en cuanto a la distancia máxima alcanzable en el intercambio de claves de los sistemas QKD. La puesta en práctica de los sistemas QKD dentro de las redes PON comerciales requiere del uso de una serie de componentes adicionales, así como de la gestión de las configuraciones utilizadas en los canales convencionales para evitar efectos de interferencia sobre los canales cuánticos incorporados.

La transmisión simultánea de información a través de distintos canales de comunicación puede interferir sobre los canales que transportan información cuántica cuando la simultaneidad se realiza mediante modulación en frecuencias (WDM). Algunos de los efectos físicos que pueden causar esta interferencia son la dispersión (scattering) y los efectos de intermodulación, como la mezcla de cuatro ondas (FWM), que describimos a continuación.

Dispersión. En comunicaciones ópticas existen principalmente dos tipos de dispersión que pueden afectar a las comunicaciones de un canal que transporte información cuántica, la dispersión elástica o Rayleigh y la inelástica o Raman. La primera genera fotones en la misma frecuencia pero en dirección opuesta al pulso. De esta manera, corresponde a los sistemas de comunicación cuánticos solventarla. En nuestro caso, el efecto que nos preocupa en los sistemas con WDM es del segundo tipo, conocido como Raman Scattering. Por este efecto, los pulsos transmitidos generan fotones en otras frecuencias distintas a las originales. Esto provoca que frecuencias distintas a las utilizadas para un canal cuántico pueden provocar la aparición de fotones en dicho canal, interfiriendo en la comunicación de información cuántica. Este efecto se produce con una intensidad directamente proporcional a la distancia recorrida por las señales en el medio de transmisión, además de depender de la composición del mismo y de la potencia del pulso original. Además, el efecto no se produce con igual intensidad en todo el espectro, sino que es mayor en las frecuencias cercanas y ligeramente mayor en las superiores.

Intermodulación. La transmisión simultánea de información mediante WDM a través de tres (o más, pero siempre en número impar) canales de comunicación con frecuencias distintas, f1, f2, y f3, en un mismo medio (como es la fibra óptica en el caso que nos ocupa), puede producir la aparición de fotones en una cuarta frecuencia (más de una en el caso de que sean más de tres las originales), f4. Esos fotones se forman por la distorsión (scattering) de los pulsos incidentes, y la longitud de onda en la que se producen es una combinación lineal de las longitudes de onda de los pulsos incidentes: f4 = +/-f1 +/-f2 +/-f3.

La interferencia en el canal cuántico se traduce en un aumento de la tasa de error en dicho canal, lo que limita el uso de este tipo de canales.

En la patente con código ES2126143 se indica la posibilidad de comunicar un emisor de QKD con múltiples receptores en una red multiplexada con canales clásicos. En la patente de MagiQ Technologies, Inc, con código US7248695 de la U.S. Patent, se indica la necesidad de un filtro paso-banda para separar el canal cuántico del resto de canales convencionales.

En la patente con código US2007/0212063 se propone el uso de la multiplexación en longitud de onda de canales cuánticos y canales clásicos. Si bien algunas de las estrategias expuestas en estas patentes son compartidas también por nuestra solución, se han de seguir otras estrategias añadidas cuando sea necesario para asegurar el correcto funcionamiento del sistema que no son contempladas en otros documentos:

Atenuación de los canales convencionales para minimizar el ruido creado por Raman.

Elección adecuada de la longitud de onda del canal cuántico para evitar efectos de disrupción del mismo.

Asignación de distinta polarización a los canales convencionales y cuánticos de manera que se facilite el filtrado.

Además, en lo referente a la solución aportada para la introducción de canales cuánticos en las redes de acceso WDM-PON, en ninguna patente anterior encontrada se menciona la posibilidad del uso de bandas distintas a las comerciales para la multiplexación de canales cuánticos con canales convencionales.

Seguidamente se acompañan listados de los acrónimos y abreviaturas empleados en esta memoria, así como de las referencias bibliográficas reseñadas entre corchetes en el presente apartado de antecedentes de la invención.

Acrónimos y Abreviaturas Referencias bibliográficas de este apartado de la memoria

APD,

Avalanche Photo-Diode.

AWG,

Arrayed Waveguide Grating.

BLS,

Broadband Light Source.

CWDM,

Coarse WDM.

DWDM,

Dense WDM.

FFTH,

Fiber To The Home.

FFTx,

Fiber To The Home, Kerb, Building.

FWM,

Four Wave Mixing.

GPON,

Gigabit PON.

LDPC,

Low-Density Parity Check.

MAN,

Metropolitan Area Network.

OLT,

Optical Line Termination.

ONT,

Optical Network Termination.

PON,

Passive Optical Network.

QBER,

Quantum Bit Error Rate.

QKD,

Quantum Key Distribution.

ROADM,

Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer.

TDM,

Time-Division Multiplexing.

TDM-PON,

Time-Division Multiplexing PON.

VOA,

Variable Optical Attenuator.

WDM,

Wavelength-Division Multiplexing.

WDM-PON,

Wavelength-Division Multiplexing PON.

[1] C. H. Bennett,G. Brassard, “Quantum cryptography: public key distribution and coin tossing”, Proceedings of IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing, IEEE press., pp. 175-179, 1984.

[2] A. Ekert, “Quantum Cryptography Based on Bell’s Theorem”, Phys. Rev. Lett. 67, Is. 6, pp. 661-663, 1991.

[3] C. H. Bennett, “Quantum Cryptography Using Any Two Nonorthogonal States”, Phys. Rev. Lett. 68, No. 21, pp. 3121, 1992.

[4] V. Scarani,A. Acín,G. Ribordy,N. Gisin, “Quantum cryptography protocols robust against photon number splitting attacks for weak laser pulse implementations”, Phys. Rev. Lett. 92, 2002.

[5] N. Gisin et al., “Quantum Cryptography”, Rev. Mod. Phys. 74, pp. 145, 2001.

[6] G. Brassard,L. Salvail, “Secret-key reconciliation by public discussion”, Lecture Notes in Computer Science 765, pp. 411-423, 1993.

[7] C. H. Bennett et al., “Privacy amplification by public discussion”, SIAM J. Comput. 17, No. 2, 1988.

[8] C. H. Bennett et al., “Generalized Privacy Amplification”, IEEE Transactions on Information Theory 41, No. 6, 1995.

[9] C. Elliott et al., “Current status of the DARPA Quantum Network”, BBN Technologies, arXiv:quant-ph/ 0503058, 2005.

[10] Townsend et al, “Distribución de claves en una red de acceso múltiple mediante criptografía cuántica”, Patente europea ns 94925577.2, 1994.

[11] Amitabha Banerjee et al., “Wavelength-division-multiplexed passive optical network (WDM-PON) technologies for broadband Access: a review”, 2005.

Descripción de la invención

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, aplicable en redes ópticas pasivas (PON) que pueden dar soporte a canales clásicos de telecomunicación y a canales cuánticos; pudiendo incluirse en los canales cuánticos al menos un sistema de distribución cuántica de claves (QKD) que genera claves criptográficas entre dos extremos para comunicaciones secretas; donde la red PON incluye segmentos de fibra óptica y equipamiento convencional, en tanto que el sistema QKD dispone de un primer dispositivo de intercambio de información mediante canal cuántico y un segundo dispositivo de intercambio de información mediante canal cuántico.

Novedosamente, según la invención, el sistema de la misma comprende al menos un filtro para cada uno de los referidos dispositivos de intercambio de información mediante canal cuántico y al menos un bloque de gestión de canales clásicos y cuánticos en el conjunto del referido sistema de integración; siendo este bloque de gestión un dispositivo de reducción de ruido en canales cuánticos que presenta al menos funciones de:

Atenuación de la potencia de inserción de los canales clásicos en la red PON;

Polarizaciones distintas en los diversos canales clásicos y cuánticos;

Cambios de asignaciones de longitudes de onda en canales cuánticos,

evitándose así efectos de interferencia sobre los canales cuánticos.

En las realizaciones preferentes de la invención, el mencionado filtro es un filtro paso-banda lo más estrecho posible para la aplicación correspondiente.

Por otra parte, en las realizaciones preferentes de la invención, el referido filtro consiste bien en un dispositivo que además del filtro del canal cuántico incluye medios de unión de canales en los segmentos de fibra óptica o bien en un solo filtro que se intercala en el canal cuántico.

En las realizaciones preferentes de la invención, el mencionado bloque de gestión presenta, además de las citadas funciones, la función de desconexión temporal de determinados canales clásicos que tengan prioridad baja.

En aplicaciones donde la red PON es una red de acceso WDM-PON (con multiplexación en frecuencia), el bloque de gestión emplea bandas de frecuencia distintas a las comerciales para la multiplexación de canales cuánticos con canales convencionales; utilizando rangos de frecuencia específicos con menor ruido para los canales cuánticos mediante aprovechamiento de la característica óptica del AWG por la que en cada canal pasan la señal asignada a ese canal y sus periódicas.

Por otra parte, para las mencionadas aplicaciones con red de acceso WDM-PON, en la referida multiplexación de canales cuánticos con canales convencionales, el bloque de gestión introduce los canales cuánticos en un período distinto al de la banda de BLS (luz de banda ancha) que esté definida por el fabricante del equipo y distinto al de la banda de bajada (banda desplazada respecto de la BLS que se emplea en señales de transmisión para un sentido de bajada en la comunicación).

Según una realización preferente de la invención, en todo el rango de frecuencias del mencionado período distinto al de las bandas de BLS y de bajada se utiliza la emisión de la señal cuántica; bien empleando tantos canales cuánticos como clientes que a frecuencia fija cubran ese rango, o bien con uno o varios canales cuánticos sintonizables en frecuencia y cuya sintonización sea configurable.

Además, según una realización preferente de la invención, ese período distinto al de las bandas de BLS y de bajada es un período justo anterior al período de la mencionada banda de BLS.

En las aplicaciones donde la red es una red de acceso WDM-PON, además del filtro y el bloque de gestión característicos de la invención, el sistema cuenta con un equipamiento convencional que incluye al menos un dispositivo centralizador de comunicaciones, varios dispositivos de usuario para gestión de comunicaciones y un distribuidor de línea compartida mediante asignaciones de longitud de onda.

En aplicaciones donde la red PON es una red de acceso TDM-PON (con multiplexación en tiempo) el bloque de gestión presenta medios electrónicos de control con la función de que los dispositivos de intercambio de información cuántica hagan uso exclusivo de rodajas temporales para sus intercambios, actuando como un canal clásico multiplexado en tiempo.

En dichas aplicaciones donde la red es una red de acceso TDM-PON se puede emplear como canal cuántico un canal de 1550 nm., u otro que se encuentre en una ventana de máxima transparencia de la fibra óptica o de mínima disrupción por ruido generado por canales clásicos.

Además, en estas aplicaciones donde la red es una red de acceso TDM-PON, adicionalmente al filtro y bloque de gestión característicos de la invención, el sistema incluye un equipamiento convencional que cuenta al menos con un dispositivo centralizador de comunicaciones, varios dispositivos de usuario para gestión de comunicaciones y un divisor de línea compartida (Splitter).

Para aplicaciones donde la red PON es una red metropolitana con varios nodos, además del filtro y el bloque de gestión característicos de la invención, el sistema cuenta con un equipamiento convencional que incluye al menos conmutadores de encaminamiento (switchs), multiplexores WDM, multiplexores de gestión de canales y dispositivos emisores y receptores de canales clásicos (transponders).

En las realizaciones preferentes de la invención, la atenuación de la potencia de inserción de los canales clásicos llevada a cabo por el bloque de gestión se aplica en cada caso con el criterio de igualar la distancia entre los extremos del sistema cuántico con la distancia máxima a la que pueden conectarse los equipos del sistema, con esa atenuación de potencia, en la red PON.

Utilizando la modulación en frecuencias (WDM) de distintos canales de comunicación, la intensidad y la frecuencia con la que se reproducen efectos como el Raman Scattering y el FWM depende de la potencia de la señal transmitida por cada uno de los canales multiplexados. En el caso de los canales cuánticos esa potencia normalmente es despreciable; mientras que en los canales convencionales la potencia de emisión de la señal transmitida depende de la distancia máxima a la que se quiere llevar esa señal, y de esa potencia depende el impacto de los efectos de interferencia sobre los canales cuánticos utilizados. Entre las técnicas que favorecen la coexistencia de canales clásicos y cuánticos, la reducción de la potencia a la que se emiten las señales transmitidas a través de los canales de comunicación multiplexados, supone una disminución de la distancia máxima a la que se puede transmitir una señal en un canal convencional. Al mismo tiempo, la reducción de la potencia de emisión supone una disminución del impacto de dicha señal sobre el resto de canales, en tanto que la selección de la frecuencia de los canales clásicos evita la aparición de efectos de intermodulación de señales en las frecuencias utilizadas por los canales cuánticos. Además, el uso de un filtrado fino en el destino de los canales cuánticos permite aislar éstos del ruido; y usando distintas polarizaciones para los canales cuánticos y clásicos también se ayuda a evitar ruidos innecesarios en los canales cuánticos, aumentando por tanto la información cuántica intercambiada correctamente, estando basada todo ello la presente invención.

Además de lo anterior, concretando para el uso en redes de acceso con tecnología WDM, la invención propone el uso de la periodicidad del distribuidor de longitudes de onda para utilizar un rango de frecuencias específico con un ruido menor como canales cuánticos. En consecuencia, se compatibiliza el uso de los sistemas de información cuántica en redes PON con la utilización de canales WDM simultáneos, asumiendo algunas limitaciones en los canales convencionales en cuanto a la potencia, canales usados y polarizaciones; aplicándose la limitación de potencia de manera que minimice la separación entre las distancias máximas a las que pueden conectarse los equipos de una red PON y los extremos de un sistema cuántico.

En las redes metropolitanas PON, la invención hace hincapié principalmente en la reducción de potencia de los canales clásicos de manera que no se llegue a aumentar significativamente la tasa de errores en éstos. Adicionalmente a esto, mediante un control de los canales utilizados, se evitan efectos de intermodulación en los canales cuánticos. Dichos canales cuánticos deben estar en la medida de lo posible en frecuencias seleccionadas para minimizar los efectos disrupción, siendo también importante en estas redes metropolitanas los efectos del filtrado de los canales y la distinta polarización de los canales clásicos y cuánticos.

En las redes TDM-PON el control de potencia en los canales, el uso de un filtrado y la distinta polarización de los canales clásicos y cuánticos tienen un efecto atenuador del ruido que se produce en los canales cuánticos. Cuando el escenario de aplicación de la invención presenta dichas redes TDM-PON no es necesario tener en cuenta medidas de control del FWM, ya que el número de canales clásicos en los estándares existentes actualmente es de dos. Además, en este escenario concreto existe la posibilidad de que cuando sea necesario los equipos de información cuántica puedan hacer uso exclusivo de rodajas temporales para sus intercambios, actuando como un canal convencional multiplexado en el tiempo.

En las redes WDM-PON la solución facilitada por la invención pasa por aprovechar la característica óptica del AWG, según la cual por cada canal pasan la señal asignada a ese canal y sus periódicas. Dicha solución se utiliza en conjunción con las que la invención proporciona para las redes de acceso TDM-PON en cuanto a la gestión de canales, para el control de potencia y la polarización de los mismos.

Las ventajas más relevantes del sistema de la invención son relativas al hecho de incrementar la eficiencia en el uso conjunto de redes PON y sistemas de transmisión de información cuántica. Genéricamente, para cualquier red PON es necesario hacer uso de filtros paso-banda y también que las potencias de los láseres implicados en la transmisión de canales clásicos se ajusten en conformidad a la distancia a la que se tiene que emitir la señal para que el ruido generado en el canal cuántico sea siempre el mínimo. Además, se contempla, en todos los escenarios de aplicación de la invención, la posibilidad de polarizar de distinta manera los canales cuánticos y clásicos para ayudar al filtrado, así como otras soluciones añadidas concretamente en cada uno de dichos escenarios. Así, como técnica añadida en una red PON metropolitana se hace necesario una correcta selección de los canales clásicos y cuánticos de manera que se evita el ruido generado por intermodulación (FWM) de los canales clásicos. También se seleccionan los canales cuánticos de manera que en la medida de lo posible se puedan situar en los canales de menor longitud de onda posible, con la intención de minimizar el ruido debido a la dispersión Raman. Las ventajas de la invención para redes de acceso TDM-PON consisten en que además de facilitarse la atenuación de los canales clásicos y la colocación de filtros, se facilita una correcta elección del canal cuántico. Así, según se señaló anteriormente, dicho canal cuántico pudiera ser el canal de 1550 nm., para el caso concreto de GPON, canal que se encuentra para uso de CATV o IPTV, o bien, cualquier otro canal que se encuentre en la ventana de máxima transparencia de la fibra o en la de la mínima disrupción por el ruido generado por canales clásicos; consistiendo otra ventaja en la posibilidad de reservar rodajas temporales para el uso exclusivo de los canales cuánticos. Las ventajas de la invención más importantes cuando se aplican en redes de acceso WDM-PON, son relativas a que en este escenario se utiliza un nuevo período en el distribuidor distinto al usado por la luz de banda ancha y los canales de bajada, de manera que este nuevo período dedicado a los canales cuánticos puede ser en el caso de cada fabricante el más adecuado conforme a la atenuación que introduce el medio de transmisión óptico según la longitud de onda de las señales transmitidas; habiéndose encontrado, según lo que se ha experimentado, que ese nuevo período puede ser un período justo anterior a la luz de banda ancha.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

Breve descripción de las figuras

Figura 1.-Representa esquemáticamente a una primera realización de un sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones realizado según la presente invención, donde la red es una red de acceso de tecnología TDM-PON y el canal con información cuántica es un sistema QKD.

Figura 2.-Representa esquemáticamente a una segunda realización de un sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones realizado según la presente invención, donde la red de comunicación es una red de acceso WDM-PON y el canal con información cuántica es un sistema QKD.

Figura 3.-Representa esquemáticamente una tercera realización de un sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones realizado según la presente invención, donde la red es una red metropolitana con dos nodos y tecnología PON, mientras que el canal cuántico es un sistema QKD.

Figura 4.-Representa esquemáticamente a una cuarta realización de un sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, donde la red es una red metropolitana de tres nodos MAN y el canal cuántico es un sistema QKD.

Figura 5.-Representa esquemáticamente al estado de la técnica actual para un sistema de comunicaciones convencionales que emplea la estructura de una red TDM-PON.

Figura 6.-Representa esquemáticamente al estado de la técnica actual para un sistema de comunicaciones convencionales que emplea la estructura de una red WDM-PON.

Figura 7.-Representa esquemáticamente al estado de la técnica actual para un sistema de comunicaciones convencionales que emplea una red metropolitana con tres nodos de tecnología PON.

Descripción de uno o varios ejemplos de realización de la invención

Seguidamente se realiza una descripción de cuatro ejemplos de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.

Primeramente aportamos un listado con todas las referencias numéricas 1 a 14 acompañadas de su significado que aparecen en las figuras:

1: Dispositivo centralizador de comunicaciones

2: Dispositivo de usuario para gestión de comunicaciones

3: Segmentos de fibra óptica

4: Divisor de línea compartida (Splitter)

5: Bloque de gestión de canales clásicos y cuánticos

6: Dispositivo de unión de canales con filtro para canales cuánticos

7: Primer dispositivo de intercambio de información mediante canal cuántico (Alice)

8: Segundo dispositivo de intercambio de información mediante canal cuántico (Bob)

9: Distribuidor de línea compartida mediante asignaciones de longitud de onda

10: Conmutador de encaminamiento (switch)

11: Multiplexor WDM

12: Multiplexor de gestión de canales

13: Dispositivo emisor y receptor de canales clásicos (transponder)

14: Filtro para canal cuántico.

Para los cuatro ejemplos de la invención que se muestran en este apartado se han desarrollado las figuras 1 a 4 respectivamente que representan los distintos escenarios en los que puede ser de aplicación la invención, tanto para redes metropolitanas, como para redes de acceso, teniendo en cuenta las distintas tecnologías que podemos encontrar en cada uno de los escenarios propuestos.

El bloque 5 es el componente destinado a la gestión de los canales, tanto convencionales como cuánticos, y se puede ver aplicado en esas figuras 1 a 4. Dicho bloque de gestión 5 es un componente que decide las longitudes de onda asignadas a cada canal clásico y cada canal cuántico, así como la potencia de los canales clásicos. Los criterios de decisión para sus funciones están fundamentados en la necesidad de disminuir el ruido de los canales cuánticos, de manera que su comunicación sea más eficiente. Para ello, este bloque de gestión 5 realiza las siguientes tareas:

Reducir la potencia de inserción de los canales clásicos, siempre que no se interrumpan los canales.

Desconectar temporalmente algunos canales clásicos que tengan una prioridad baja.

Polarizar de distinta manera los canales clásicos y cuánticos.

Solicitar el cambio de longitud de onda tanto en los canales clásicos como en los cuánticos.

Además, y también de manera común en las cuatro realizaciones de la invención que aquí se muestran, cada canal cuántico tiene un filtrado paso-banda lo más estrecho posible, sirviendo esto como medida añadida para minimizar el ruido, bien mediante el dispositivo 6 ó bien mediante el filtro 14.

Dentro de la gestión de canales, en los sistemas en los que exista multiplexación TDM, como por ejemplo en la figura 1, el bloque de gestión 5 podrá reservar rodajas temporales de uso exclusivo para canales cuánticos, de modo que durante ese tiempo tan sólo éstos estén en funcionamiento en la línea, siendo ese número de rodajas variable en función del escenario.

Por otra parte, actualmente, los fabricantes de dispositivos de WDM-PON usan una banda para la señal de luz de banda ancha que porta las señales semilla para los dispositivos de usuario, de modo que estos puedan conectarse a cualquier canal indistintamente. La central emite los canales de subida en las mismas bandas que la BLS (luz de banda ancha), mientras que las señales de transmisión de bajada se emiten en una banda desplazada un período respecto a la de BLS, de modo que el distribuidor permite el paso de estas señales en el sentido contrario. La invención, aplicada en una red de acceso WDM-PON, como por ejemplo la de la figura 2, proporciona la introducción de canales con información cuántica en un período distinto al de la banda de BLS y la de bajada, aprovechando la misma propiedad que permite multiplexar dichas dos bandas. Así, se soluciona el problema de la multiplexación de los canales cuánticos con los clásicos de la manera más eficiente posible. Junto a ello, para que la solución aportada sea completa, es necesario el uso de la emisión de la señal cuántica en todo el rango del período escogido. Esto puede efectuarse bien con tantos canales cuánticos como clientes a frecuencia fija cubran dicho rango, o bien con uno o varios canales cuánticos sintonizables en frecuencia y cuya sintonización sea configurable. El número de estos canales sintonizables a usar dependerá de sus características en lo que respecta a cuántos canales abarca y al número de canales que tenga el distribuidor, es decir a todo el rango a cubrir.

En las figuras3y4lainvención se aplica transmitiendo un canal cuántico en una red metropolitana de dos o tres nodos respectivamente.

En las redes de acceso TDM-PON del estado de la técnica, tal como la mostrada en la figura 5, distintos usuarios conectados a un extremo de la red mediante respectivos dispositivo de usuario 1 comparten una única línea de transmisión óptica con el extremo principal de la red en la que se encuentra un dispositivo centralizador 2, donde por lo general se localiza el proveedor de acceso. La unión de las líneas de transmisión óptica se realiza por medio de un divisor 4 localizado entre ambos extremos, que permite la comunicación entre todos los usuarios y el proveedor de acceso. De la central sale una única fibra óptica o segmento de fibra óptica 3 que enlaza con el divisor 4, mientras que de éste salen múltiples fibras que conectan cada una con el dispositivo correspondiente en las instalaciones del usuario final. En cuanto a los canales utilizados, existen dos frecuencias, una destinada a la comunicación de bajada y otra para la comunicación de subida. La central es la encargada de gestionar las rodajas de tiempo que concede a cada dispositivo de usuario 2, que tan solo emitirá en aquéllas que les sean concedidas.

La comunicación realizada en una red de acceso TDM-PON (según los estándares actuales) está modulada en tres frecuencias que utilizan tecnología WDM para coexistir en la línea, lo que permite el uso simultáneo de los tres canales siguientes:

Un canal de vídeo que transmite desde la central hasta los usuarios. Este canal es el que se ha utilizado como canal cuántico para la comunicación entre el primer y el segundo dispositivos de intercambio de información mediante canal cuántico referenciados como7y8 respectivamente.

Un canal de descarga (downstream) que va desde la central hacia los distintos dispositivos de usuario. Esta señal es dividida al pasar por el Splitter y enviada de forma simultánea a todos los extremos (usuarios) conectados.

Un canal de subida (upstream) que va desde cada usuario hasta la central. La gestión de los distintos usuarios de este canal se realiza mediante modulación por división en el tiempo (TDM).

En este escenario, el efecto principal de intermodulación que puede afectar al canal cuántico es la dispersión Raman, ya que no hay canales convencionales suficientes para generar interferencias por intermodulación.

Los componentes genéricos de la red de acceso (TDMPON) son:

Dispositivo centralizador 1, situado en la central del proveedor de servicios, centraliza todas las comunicaciones con los usuarios y se encarga de asignar las rodajas temporales a cada usuario.

Dispositivo de usuario 2, situado en las instalaciones de cada usuario, es el encargado de gestionar las comunicaciones con la central del proveedor de servicios.

Divisor 4 (Splitter). Es un divisor que conecta la línea compartida (proveniente de la central) con cada línea individual de usuario.

Primer y segundo dispositivos de intercambio 7 y 8, Alice y Bob. Son los dispositivos que realizan el intercambio de información mediante el canal cuántico.

Segmentos de fibra óptica 3.

Los componentes añadidos mediante la invención, según la primera realización de la misma mostrada en la figura 1, y para la integración de canales cuánticos en esa red de acceso TDM-PON son:

El bloque de gestión 5 que es el dispositivo que gestiona tanto los canales cuánticos como los clásicos y que constituye el elemento esencial de la invención.

El dispositivo de unión 6 que es un elemento de unión de canales en la fibra con incorporación de filtro para el canal cuántico.

Por otra parte, en las redes de acceso WDM-PON del estado de la técnica, tal como la mostrada en la figura 6, se tienen tres elementos principales. Un dispositivo en el lado del proveedor de servicios (dispositivo centralizador 1), un dispositivo en el lado del cliente (dispositivo de usuario 2), una fibra óptica entre ambos o segmento de fibra óptica 3 y por último un tercer dispositivo distribuidor 9 situado en la fibra entre la central y los usuarios.

El distribuidor 9 es el dispositivo que permite multiplexar/demultiplexar todos los canales correspondientes y dirigir cada uno a un cliente distinto. Así, por tanto, si el distribuidor 9 tiene capacidad para n clientes, con una central, puede dar servicio simultáneamente a n usuarios. El distribuidor 9, además posee la propiedad de que una señal con longitud de onda λi y todas sus periódicas λi-T (acorde a un período T propio definido en su fabricación) son demultiplexadas por el mismo canal del distribuidor 9.

Respecto a las señales emitidas en WDM-PON existe una banda de emisión para los canales de subida y otra para los de bajada. Los canales de subida son emitidos desde los usuarios hasta la central del proveedor de servicios, y los canales de bajada en sentido inverso.

Los componentes genéricos de la red de acceso WDM-PON, según se muestra en la figura 6, son:

Dispositivo centralizador 1 situado en la central del proveedor de servicios, que centraliza todas las comunicaciones con los usuarios y se encarga de asignar las rodajas temporales a cada usuario.

Dispositivo de usuario 2, situado en las instalaciones de cada usuario, que es el encargado de gestionar las comunicaciones con la central del proveedor de servicios.

Distribuidor 9 que conecta la línea compartida (proveniente de la central) con cada línea individual de usuario. La distribución la realiza en función de longitudes de onda, dividiendo la banda destinada a los usuarios entre todas las líneas de usuario, y asignando así una longitud de onda y todos sus períodos a cada línea.

Primero y segundo dispositivos de intercambio 7 y 8 (Alice y Bob). Son los dispositivos que realizan el intercambio de información mediante el canal cuántico; y

Segmentos de fibra óptica 3.

Los componentes que añade la invención, según la segunda realización de la misma mostrada en la figura 2 para la integración de canales cuánticos en esa red de acceso WDM-PON son:

Bloque de gestión 5 que es el dispositivo que gestiona tanto los canales cuánticos como los clásicos, siendo el elemento esencial de la invención.

Dispositivo de unión 6 consistente en un elemento de unión de canales en la fibra que incorpora filtro para el canal cuántico.

En la figura 7 se puede ver una red metropolitana con tres nodos según el estado actual de la técnica, mostrando un encaminamiento que utiliza tecnología ROADM, donde tres nodos intervienen en la comunicación y presentando los siguientes componentes:

Conmutador de encaminamiento 10 (switch), que se encarga de realizar el conmutado de una señal entrante. En función de su configuración podrá extraer la señal que llega al módulo (operación add-drop) o permitir que la misma atraviese el módulo o bloque correspondiente sin ser desviada (operación pass-through).

Multiplexor de gestión 12 de canales de entrada y salida.

Multiplexor WDM 11 que realiza un add-drop del canal cuántico con respecto al resto de canales.

Dispositivo emisor y receptor 13 (transponders) de canales clásicos.

Segmentos de fibra óptica 3. En la figura 3, correspondiente a la tercera realización de la invención, se muestra una configuración de una red metropolitana con dos nodos y transmisión de un canal cuántico, que emplea los componentes de la figura 7 del estado de la técnica descritos anteriormente. En la citada figura 3 se representan a modo de ejemplo dos nodos siguiendo la arquitectura de una red metropolitana basada en tecnología PON, de manera que a cada uno de los nodos se conectan los equipos de un sistema de transmisión de información cuántica, utilizados para intercambiar claves para cifrado, según este tercer ejemplo de realización de la invención. Dichos nodos están comunicados a través de una línea de fibra óptica 3. El núcleo de cada nodo se compone fundamentalmente de un switch y un add-drop que forman un sistema de encaminamiento ROADM. Así, mediante el add-drop se extrae en cada uno de los nodos uno o varios canales identificados por longitudes de onda preestablecidas. Cada uno de estos canales suele utilizarse para transmitir una señal en una u otra dirección. En el ejemplo de la mencionada figura 3, cada uno de los canales se utiliza con un propósito distinto. Así, uno de los canales se emplea de forma convencional, mientras que el otro se usará como canal cuántico para el intercambio de claves. Mediante el switching se realiza el direccionamiento de cada uno de los canales extraídos por el add-drop. El direccionamiento se realiza mediante la conmutación de dos posibilidades: el adddrop del canal, o el pass-through del mismo.

Los componentes conocidos que aparecen en esa figura 3 son los referenciados como3y10a13, según se explicaron anteriormente para la figura 7; en tanto que los componentes añadidos mediante la invención en esta figura 3 para la integración de canales cuánticos consisten en un bloque de gestión 5 de los canales cuánticos y clásicos a usar en el escenario de esta tercera realización y en un filtro 14 para el canal cuántico.

En la figura 4, correspondiente al cuarto ejemplo de realización de la invención se representa una red metropolitana con tres nodos y transmisión de un canal cuántico. En esta figura 4 se muestra un ejemplo de encaminamiento utilizando tecnología ROADM, donde tres nodos intervienen en la comunicación, de manera que dos de estos nodos coinciden con los extremos de un sistema QKD, y la comunicación atraviesa un tercer nodo (intermedio) que no interfiere en las intercambiadas por los nodos extremos.

Al igual que en la anterior figura 3, los componentes conocidos que aparecen en la figura 4 son los referenciados como3y10a13 según se explicaron anteriormente para la figura 7; en tanto que los componentes añadidos mediante la invención en esta figura 4 para la integración de canales cuánticos consisten en un bloque de gestión 5 de los canales cuánticos y clásicos a usar en el escenario de esta cuarta realización y en un filtro 14 para el canal cuántico.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   1. Sistema integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, aplicable en redes ópticas pasivas (PON) que pueden dar soporte a canales clásicos de telecomunicación y a canales cuánticos, pudiendo incluirse en los canales cuánticos al menos un sistema de distribución cuántica de claves (QKD) que genera claves criptográficas entre dos extremos para comunicaciones secretas; donde la red PON incluye segmentos de fibra óptica

   (3) y equipamiento convencional (1, 2, 4, 9 a 13) en tanto que el sistema QKD dispone de un primer dispositivo de intercambio de información mediante canal cuántico (7) y de un segundo dispositivo de intercambio de información mediante canal cuántico (8), caracterizado porque comprende al menos un filtro (6, 14) para cada uno de los referidos dispositivos de intercambio de información mediante canal cuántico (7, 8) y al menos un bloque de gestión de canales clásicos y cuánticos (5) en el conjunto del referido sistema de integración; siendo este bloque de gestión (5) un dispositivo de reducción de ruido en canales cuánticos que presenta al menos funciones de:

   atenuación de la potencia de inserción de los canales clásicos en la red PON;

   polarizaciones distintas en los diversos canales clásicos y cuánticos; y

   selección de los canales cuánticos para permitir su ubicación en los canales de menor longitud de onda posible para minimizar el ruido debido a la dispersión Ramán, evitándose así efectos de interferencia sobre los canales cuánticos.

2. 2.

   Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho filtro (6, 14) es un filtro paso-banda para minimizar el ruido.

3. 3.

   Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según la reivindicación 1ó2, caracterizado porque dicho filtro consiste bien en un dispositivo (6) que además del filtro del canal cuántico incluye medios de unión de canales en los segmentos de fibra óptica (3) ó bien en un solo filtro (14) que se intercala en el canal cuántico.

4. 4.

   Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el bloque de gestión (5) presenta además de las referidas funciones la función de desconexión temporal de determinados canales clásicos que tengan prioridad baja.

5. 5.

   Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en aplicaciones donde la red PON es una red de acceso WDM-PON (con multiplexación en frecuencia) el bloque de gestión (5) emplea bandas de frecuencia distintas a las comerciales para la multiplexación de canales cuánticos con canales convencionales; utilizando rangos de frecuencia específicos con menos ruido para los canales cuánticos mediante aprovechamiento de la característica óptica del AWG (Arrayed Waveguide Grating) por la que en cada canal pasan la señal asignada a ese canal y sus periódicas.

6. 6.

   Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según la reivindicación 5, caracterizado porque en dicha multiplexación el bloque de gestión (5) introduce los canales cuánticos en un período distinto al de la banda de BLS (luz de banda ancha) y distinto al de la banda de bajada (banda desplazada respecto de la BLS que se emplea en señales de transmisión para un sentido de bajada en la comunicación).

7. 7.

   Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según la reivindicación 6, caracterizado porque en todo el rango de frecuencias del referido período distinto se utiliza la emisión de la señal cuántica; bien empleando tantos canales cuánticos como clientes que a frecuencia fija cubran ese rango, o bien con uno o varios canales cuánticos sintonizables en frecuencia y cuya sintonización sea configurable.

8. 8.

   Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según la reivindicación 6ó7, caracterizado porque dicho período distinto es un período justo anterior al período de la referida banda de BLS.

9. 9.

   Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque el aludido equipamiento convencional incluye al menos un dispositivo centralizador de comunicaciones (1), varios dispositivos de usuario para gestión de comunicaciones (2) y un distribuidor de línea compartida mediante asignaciones de longitud de onda (9).

10. 10.

    Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según una cualquiera de las reivindicaciones1a4, caracterizado porque en aplicaciones donde la red PON es una red de acceso TDM-PON (con multiplexación de tiempo) el bloque de gestión (5) presenta medios electrónicos de control con la función de que los dispositivos de intercambio de información cuántica (7, 8) hagan uso exclusivo de rodajas temporales para sus intercambios, actuando como un canal clásico multiplexado en tiempo.

11. 11.

    Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según la reivindicación 10, caracterizado porque se emplea como canal cuántico un canal de 1550 nm, u otro que se encuentre en una ventana de máxima transparencia de la fibra óptica o de mínima disrupción por ruido generado por canales clásicos.

12. 12.

    Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque el aludido equipamiento convencional incluye al menos un dispositivo centralizador de comunicaciones (1), varios dispositivos de usuario para gestión de comunicaciones (2) y un divisor de línea compartida (Splitter) (4).

13. 13.

    Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en aplicaciones donde la red PON es una red metropolitana con varios nodos, el aludido equipamiento convencional incluye al menos conmutadores de encaminamiento (switchs) (10), multiplexores WDM (11), multiplexores de gestión de canales (12) y dispositivos emisores y receptores de canales clásicos (transponders) (13).

14. 14.

    Sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la atenuación de la potencia de inserción de los canales clásicos llevada a cabo por el bloque de gestión (5) se aplica en cada caso con el criterio de igualar la distancia entre los extremos del sistema cuántico con la distancia máxima a la que pueden conectarse los equipos del sistema, con esa atenuación de potencia, en la red PON.

    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

    N.º solicitud: 200930742

    ESPAÑA

    Fecha de presentación de la solicitud: 28.09.2009

    Fecha de prioridad:

    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

    51 Int. Cl. : H04L9/08 (2006.01)

    DOCUMENTOS RELEVANTES

    Categoría

    Documentos citados Reivindicaciones afectadas

    Y

    EP 1633076 A1 (NEC CORP ) 08/03/2006, párrafos[00010067]; párrafos[0082 -0085]; párrafo[0093]; párrafos[01020104]; 1-14

    Y

    US 5768378 A (TOWNSEND PAUL D ET AL.) 16/06/1998, Resumen; columna 2, líneas 20 -65; columna 5, línea 65 -columna 7, línea 3; 1-14

    Y

    Peters et al. “Dense Wavelength Multiplexing of 1550nm QKD with Strong Calsical Channels in Reconfigurable Networking Enviroment”. New. Journal of Physics, 11, 045012, 30.04.2009. Todo el documento 1-14

    Y

    US 7248695 B1 (BEAL A CRAIG ET AL.) 24/07/2007, Resumen 1-14

    A

    Amitabha Banerjee et al., “Wavelength-division multiplexed passive optical network (WDM-PON) technologies for broadband Access: a review” Journal of OpticalNetworking 2005, Vol. 4, Issue 11, pp. 737-758, 12/12/2005 .Todo el documento 1-14

    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

    Fecha de realización del informe 04.11.2011

    Examinador M. Rivas Sáiz Página 1/5

    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

    Nº de solicitud: 200930742

    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) H04L Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, WPI, INSPEC

    Informe del Estado de la Técnica Página 2/5

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 200930742

    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 04.11.2011

    Declaración

    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-14 SI NO

    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-14 SI NO

    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

    Base de la Opinión.-

    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

    Informe del Estado de la Técnica Página 3/5

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 200930742

    1. Documentos considerados.-

    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

    Documento

    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

    D01

    EP 1633076 A1 (NEC CORP ) 08.03.2006

    D02

    US 5768378 A (TOWNSEND PAUL D et al.) 16.06.1998

    D03

    Amitabha Banerjee et al., “Wavelength-division multiplexed passive optical network (WDM-PON) technologies for broadband Access: a review” Journal of OpticalNetworking 2005, Vol. 4, Issue 11, pp. 737-758, 12/12/2005 .Todo el documento 12.12.2005

15. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

    El documento D01 se considera el más próximo del estado de la técnica a la invención solicitada. Describe un método para la eliminación de la diafonía en sistemas de comunicación multiplexados. Aplica el método a sistemas en los que se multiplexan el canal cuántico con canales clásicos para la distribución de claves cuánticas.

    Con relación a la reivindicación 1, D01 describe:

    un sistema de integración de canales con información cuántica en redes de comunicaciones, aplicable en redes ópticas pasivas (PON) que pueden dar soporte a canales clásicos de telecomunicación y a canales cuánticos; pudiendo incluirse en los canales cuánticos al menos un sistema de distribución cuántica de claves (QKD) que genera claves criptográficas entre dos extremos para comunicaciones secretas (párrafo 0001); donde la red PON incluye segmentos de fibra óptica y equipamiento convencional en tanto que el sistema QKD dispone de un primer dispositivo de intercambio de información mediante canal cuántico y de un segundo dispositivo de intercambio de información mediante canal cuántico (ver figuras la 2A,7A, 8, 9, 10, 11 y 12A); caracterizado porque comprende:

    -

    al menos un filtro en ambos dispositivos de intercambio de información. El filtro del receptor está indicado en la figura 7A referencias 210 y 211 y el del emisor están incorporado en el multiplexador (referencia 3 figura 7A)

    -

    al menos un bloque de gestión de canales clásicos y cuánticos en el conjunto del referido sistema de integración; siendo este bloque de gestión un dispositivo de reducción de ruido en canales cuánticos que presenta al menos funciones de:

    -

    atenuación de la potencia de inserción de los canales clásicos en la red (párrafo 0067)

    La diferencia entre D01 y la reivindicación 1 es que en D01 no se indica que se utilice diferente polarización de los canales clásicos y cuánticos ni la selección de los canales cuánticos en los canales de menor longuitud de onda posible . El efecto técnico de esta diferencia es facilitar el filtrado de la señal y disminuir la tasa de error del canal cuántico (QBER). El problema técnico resuelto por esta diferencia es como facilitar el filtrado y reducir la tasa de error del canal cuántico.

    El documento D02 describe un método de distribución del canal cuántico junto con canales clásicos. En la columna 6 líneas de la 4 a la 43 propone, como técnica de aislamiento de los canales, la polarización y utilización de longitudes de onda diferentes. Propone asignación de los canales cuánticos en la ventana de 1300nmm e incluso 850nm.

    A la vista de lo divulgado en D02, un experto en la materia combinaría, sin ayuda de la actividad inventiva, las características descrita en D02 con el sistema propuesto en D01 para obtener la reivindicación 1. Por tanto, se concluye que la reivindicación 1 no implica actividad inventiva (Artículo 8 LP.).

    D01 indican que el filtro es paso banda y que está situado en el canal cuántico (figura 7A). Por consiguiente, las reivindicaciones 2 y 3 carecen de actividad inventiva (Artículo 8 LP.).

    La reivindicación 4 describe como función adicional del bloque de gestión de la comunicación la desconexión temporal de determinados canales clásicos que tengan baja prioridad. Esta técnica de eliminar temporalmente la fuente de interferencias para conseguir una transmisión si errores es ampliamente utilizada en el estado de la técnica y su aplicación a la invención no dota a esta de actividad inventiva. De lo anterior se deduce que la reivindicación 4 no implica actividad inventiva (Artículo 8 LP.). Las reivindicaciones 5 a 9 aplican el sistema de las reivindicaciones 1 a 4 a redes PON-WDM.

    .

    Informe del Estado de la Técnica Página 4/5

    OPINIÓN ESCRITA

    Nº de solicitud: 200930742

    El documento D01 propone distintas alternativas a la hora de multiplexar el canal cuántico, en el párrafo 0015 propone multiplexar el canal cuántico, en frecuencias distintas a las comerciales, con los canales comerciales. En la reivindicación 5 se indica que se utiliza un AWG (Arrayed Waveguide Grating) sin embargo en el documento D01 se indica únicamente que existen multipleadores y demultiplexadores. Se debe tener en cuenta que la función de los dispositivos AWG es la de multiplexar y demultiplexar y su utilización está ampliamente extendida (Ver documento D03, este documento es una revisión de las tecnologías de acceso de banda ancha en redes pasivas ópticas). Por tanto, utilizar un dispositivo AWG como multiplexador no dota a la reivindicación 5 de actividad inventiva (Artículo 8 LP.).

    La reivindicación 6 está descrita en D02 en la figura 2b y por tanto no implica actividad inventiva (Artículo 8 LP.).

    La reivindicación 7 propone como posibilidad dos técnicas de multiplexación en frecuencia del canal cuántico. La primera de ellas es la opción CWDM (Coarse-WDM). Esta técnica es ampliamente utilizada en redes ópticas (ver documento D03) y su mera aplicación a los canales cuánticos no dotan a la reivindicación de actividad inventiva (Artículo 8 LP.). La reivindicación 8 es una de las alternativas descritas en D02 y por tanto no implica actividad inventiva (Artículo 8 LP.). La reivindicación 9 indica los elemento básico de una red PON-WDM (ver documento D03). Por tanto la reivindicación 9 no cumple el requisito de actividad inventiva (Artículo 8 LP.).

    Las reivindicaciones 10 a 12 aplican el sistema de las reivindicaciones 1 a 4 a redes PON-TDM. Las reivindicaciones 10 y 11 están descritas en el documento D01, asignar rodajas temporales para el canal cuántico (párrafo 0093) y utilizar para el canal cuántico el canal de 1550 nm (párrafo 0053). La reivindicación 12 indica los elemento básico de una red PON-TDM (ver documento D03). Por tanto, las reivindicaciones 10 a 12 no implican actividad inventiva (Artículo 8 LP.).

    La reivindicación 13 propone aplicar el sistema de las reivindicaciones 1 a 4 a redes metropolitanas de varios nodos. El documento D01 describe este punto en los párrafos 0102 a 0104.

    En el documento D01 propone como alternativa para evitar una potencias de inserción altas de los canales clásicos utilizar detectores ópticos de alta resolución (párrafo 0052). La reivindicación 14 propone otra alternativa para resolver el problema de la potencia de inserción alta, ajustar la potencia a la distancia, esta alternativa es ampliamente conocida por el experto en la materia. La reivindicación 14 no implica actividad inventiva (Artículo 8 LP.).

    Informe del Estado de la Técnica Página 5/5