1. 课程导入与QKD光纤链路损耗问题界定
量子密钥分发（QKD）依靠单光子级别的量子态在光纤中传输来协商密钥，这决定了它对链路损耗的敏感程度远高于经典光通信。经典光模块接收端有毫瓦级光功率可用，几十 dB 的链路损耗往往还能靠放大器和判决门限“扛”过去；而 QKD 的探测端通常工作在单光子计数状态，链路每增加 1 dB 损耗，到达探测器的光子数就减少约 20.6%。当损耗累积到一定程度，成码率会急剧下降，直至低于系统可用的最低成码率门限，密钥协商无法完成。因此，损耗预算不是一项可选的核算工作，而是决定一条 QKD 链路“能不能建、能建多远、能带多少用户”的前置工程判断。
本节学习目标
学完本节，你应当能够：说清 QKD 系统对链路损耗敏感的根本原因，区分“器件损耗、光纤衰减、连接与熔接损耗、预留裕量”这几类预算项；理解损耗预算在选址、设备选型、施工验收和运维四个工程环节中的位置；并能针对城域接入、骨干中继、共纤传输等典型场景，指出各自最关键的损耗挑战与初步判断思路。后续各节将围绕衰减系数取值、连接器与熔接点统计、裕量分配、成码率与损耗的关系曲线、现场测试与复盘逐项展开，本节先建立全局框架。
为什么QKD对损耗如此敏感
QKD 的安全性建立在“单光子不可克隆、测量扰动可被发现”之上，这带来两个硬约束。第一，不能对量子信号做光放大。经典链路可以用 EDFA 补偿损耗，但放大器本质上是对未知量子态做克隆，会破坏量子态并引入额外噪声，窃听者无法区分这种扰动与信道噪声，安全性证明随之失效。第二，探测器暗计数与噪声限制了可容忍的最低信噪比。到达探测器的信号光子越少，暗计数占比越高，误码率上升，安全密钥率被压缩。工程上常用简化关系描述：设发射端平均每脉冲光子数为 μ，链路总损耗为 L（dB），探测器暗计数率为 pd，则接收端每脉冲探测概率大致按 10−L/10 衰减，成码率随 L 近似指数下降。这意味着预算中多算 3 dB，可用距离可能缩短十几公里；少算 3 dB，则设备到场后才发现无法开通。
损耗预算在工程中的位置
损耗预算贯穿 QKD 链路全生命周期，但不同阶段的关注点不同。规划阶段，预算用于回答“这条链路能否用现有设备开通”，输入是路由长度、光纤类型、接头数量估计，输出是所需设备规格与是否需要中继。采购与设计阶段，预算转化为对发射功率、探测器效率、成码率门限的具体要求，并确定裕量分配策略。施工阶段，预算作为验收基准，实测总损耗与预算值比对，偏差超过阈值即需排查。运维阶段，预算演变为损耗基线与告警门限，用于发现光纤老化、接头受潮、连接器污染等渐变故障。下图给出这一关系的整体结构。
典型链路场景与关键挑战
城域接入场景通常距离在 10～40 km，光纤资源以租用或复用为主，接头多、跳线多、路由绕行多。其关键挑战不是光纤本身的衰减，而是连接器与跳线带来的“隐性损耗”：一个被污染的 LC 连接器可能引入 1～2 dB 额外损耗，多个配线架串联后偏差迅速放大。此类场景的预算应重点统计配线节点数量，并在验收时逐段测量。
骨干中继场景单段距离可达 80～120 km，光纤衰减成为主导项。以 0.20 dB/km 计，100 km 即 20 dB，加上接头与裕量后往往逼近甚至超过无中继 QKD 设备的容限。此时预算的结论直接决定是否部署可信中继，或是否改用低损耗光纤、减少熔接点。需要强调的是，可信中继会引入新的信任边界，预算结论必须与安全架构一并考虑，不能只看损耗数字。
共纤传输场景是工程中最容易被低估的一类。QKD 量子信道与经典业务波分复用同一根光纤时，拉曼散射和四波混频会把经典光功率泄漏到量子信道波段，形成额外噪声。这种影响不表现为“损耗增加”，而表现为等效噪声上升、误码率抬高，其效果类似于链路预算被压缩。因此共纤场景的预算必须同时核算损耗预算与噪声预算，并通过滤波、波长规划、功率控制等手段隔离。若只按衰减系数做损耗核算，现场很可能出现“损耗达标但成码率不达标”的情况。
本节要点回顾
- QKD 不能光放大，链路损耗直接压缩成码率，损耗预算决定链路可行性与设备选型。
- 预算由光纤衰减、熔接点、连接器和预留裕量四部分构成，每一项都需按实际路由统计，而非套用平均值。
- 预算服务于规划、设计、施工、运维四个阶段，各阶段的输入与判断标准不同。
- 城域接入看配线节点，骨干中继看光纤长度与中继策略，共纤传输必须同时核算噪声预算。