《信息理論與編碼》1課程教學(xué)大綱

《信息理論與編碼》教學(xué)大綱課程英文名Informationtheoryandcoding課程代碼03M0081學(xué)分2總學(xué)時(shí)32理論學(xué)時(shí)32實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)0課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)限選先修課程高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)、通信原理適用專業(yè)通信工程開課學(xué)院信息工程學(xué)院一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)（一）課程地位本課程在國(guó)家教育部1998年頒布的普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄中被列為電子信息類專業(yè)的主要課程。本課程應(yīng)用高等數(shù)學(xué)的代數(shù)理論、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論的概率論知識(shí)、線性代數(shù)的矩陣變換等知識(shí)，能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和電子信息工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。為后續(xù)更深層次的數(shù)字通信系統(tǒng)課程提供分析的基礎(chǔ)理論知識(shí)。（二）課程目標(biāo)該課程應(yīng)達(dá)到的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果（ILO，IntendedLearningOutcomes）如下所示：1、ILO-1.信息論基本概念：掌握通信工程中信息理論與編碼方法的基本概念。2、ILO-2.數(shù)學(xué)物理模型：了解通信工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的數(shù)學(xué)或物理模型，能應(yīng)用隨機(jī)和信息論理論建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)或物理模型，獲得實(shí)際的解決方案。3、ILO-3.專業(yè)設(shè)計(jì)和仿真工具：能夠使用專業(yè)設(shè)計(jì)和仿真工具（如Protel、QuartusII、Matlab），對(duì)所建立的隨機(jī)模型與模擬的結(jié)果進(jìn)行分析和求解，并對(duì)解決方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。4、ILO-4.小組討論：由4~5人組成小組，對(duì)信息論編碼重點(diǎn)問題展開討論，完成仿真工具編程并顯示編碼過程，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)成員的分工與協(xié)作能力，提高凝聚力和合作力。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法主要以課堂教學(xué)為主，結(jié)合文獻(xiàn)閱讀、課堂測(cè)試、小組討論和期末測(cè)試等途徑來達(dá)成。具體每個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成途徑與方法見下表所示。課程目標(biāo)達(dá)成途徑ILO-1~ILO-3課堂教學(xué)、課后作業(yè)、基于雨課堂的課堂測(cè)試和期末測(cè)試ILO-4小組討論、仿真工具編碼、教師指導(dǎo)提問三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)1-5畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2-2畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)5-2畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)9-2ILO-1H(0.30)ILO-2L(0.10)M(0.20)ILO-3H(0.30)ILO-4M(0.10)注：支撐強(qiáng)度分別填寫H、M或L（其中H表示支撐程度高、M為中等、L為低，保證H>M>L，具體對(duì)應(yīng)的數(shù)值，根據(jù)各自課程來定）四、課程主要內(nèi)容與基本要求1、緒論了解信息論的形成與發(fā)展、信息理論研究的主要內(nèi)容和信息論的應(yīng)用背景，掌握通信系統(tǒng)的基本模型，理解如何有效、可靠地傳輸，是通信系統(tǒng)要解決的兩個(gè)根本問題，以及信息、消息和信號(hào)等信息論中基本概念的區(qū)別和聯(lián)系。通過這部分的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生對(duì)信息理論與編碼有初步了解，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。2、信源與信息熵了解信息熵的概念、理解信息量的計(jì)算、掌握信息熵的性質(zhì)和離散信源信息熵的計(jì)算。這部分是該課程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，為后續(xù)章節(jié)的信道容量的分析、信源和信道編碼極限定理的分析等的學(xué)習(xí)作鋪墊。3、信道與信道容量了解信道模型及分類、理解信道容量的定義、掌握信道容量計(jì)算。這部分主要是利用隨機(jī)過程理論對(duì)通信系統(tǒng)信道建模，利用信息熵理論對(duì)信道模型做容量分析，指導(dǎo)適合信道傳輸?shù)男诺谰幋a理論，為后續(xù)的信道編碼方法的學(xué)習(xí)作鋪墊。通過這部分的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生熟悉模擬通信系統(tǒng)基本性能指標(biāo)和基本分析方法。4、信源編碼了解信源編碼的目的、理解香農(nóng)第一極限定理、掌握哈夫曼編碼和算術(shù)編碼等常用信源編碼方法。這部分是建立在信息熵理論的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)講解定長(zhǎng)無失真編碼和變長(zhǎng)無失真編碼方法和效率分析，為后續(xù)系統(tǒng)性能的分析打下基礎(chǔ)。5、信道編碼了解信道編碼的目的及主要實(shí)現(xiàn)途徑、如何避免少量差錯(cuò)信號(hào)對(duì)信息內(nèi)容的影響，理解差錯(cuò)和差錯(cuò)控制系統(tǒng)分類、矢量空間與碼空間與糾錯(cuò)編譯碼的基本原理與分析方法，掌握信道編碼定理、糾錯(cuò)編碼基本思路、線性分組碼和完備碼等主要信道編碼方法，為后續(xù)系統(tǒng)性能的分析打下基礎(chǔ)。6、加密編碼了解加密編碼的發(fā)展背景和應(yīng)用場(chǎng)景，了解公開密鑰加密法、通信網(wǎng)絡(luò)加密和量子通信等現(xiàn)代加密編碼技術(shù)，掌握加密編碼的基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)和國(guó)際數(shù)據(jù)加密算法(IDEA)。通過這部分的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生了解現(xiàn)代通信系統(tǒng)的前沿技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。五、課程教學(xué)學(xué)時(shí)安排章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)第1章緒論21.完成信息論基本概念方面的作業(yè)2.完成課中的雨課堂測(cè)試ILO-1第2章信源與信息熵41.完成信源與信息熵方面的作業(yè)2.完成課中的雨課堂測(cè)試ILO-2第3章信道與信道容量61.完成信道與信道容量方面的作業(yè)2.完成課中的雨課堂測(cè)試ILO-2、ILO-3第4章信源編碼71.完成信源編碼方面的作業(yè)2.小組討論并完成Matlab程序報(bào)告ILO-3、ILO-4第5章信道編碼71.完成信道編碼方面的作業(yè)2.小組討論并完成Matlab程序報(bào)告ILO-3、ILO-4第6章加密編碼61.完成加密編碼方面的作業(yè)2.完成課中的雨課堂測(cè)試ILO-3六、考核方法及成績(jī)?cè)u(píng)定考核內(nèi)容考核方式評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績(jī)比例考核與課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系過程考核含到課率、課堂討論發(fā)言、平時(shí)作業(yè)等點(diǎn)名記錄回答問題記錄課堂測(cè)試成績(jī)30%ILO-1~ILO-3小組討論考核小組討論及程序報(bào)告小組討論表現(xiàn)程序是否正確10%ILO-4期末考核閉卷卷面成績(jī)60%ILO-1~ILO-3考核類別考試成績(jī)登記方式百分制七、課程目標(biāo)達(dá)成度評(píng)價(jià)方法課程目標(biāo)權(quán)重成績(jī)?cè)u(píng)定ILO-1過程考核0.3相應(yīng)課堂測(cè)試平均分A10期末測(cè)試0.7相應(yīng)期末考試平均分B10ILO-1達(dá)成度=0.3*A10+0.7*B10ILO-2過程考核0.3相應(yīng)課堂測(cè)試平均分A20期末測(cè)試0.7相應(yīng)期末考試平均分B20ILO-2達(dá)成度=0.3*A20+0.7*B20ILO-3過程考核0.3相應(yīng)課堂測(cè)試平均分A30期末測(cè)試0.7相應(yīng)期末考試平均分B30ILO-3達(dá)成度=0.3*A30+0.7*B30ILO-4小組報(bào)告+組內(nèi)匯報(bào)，1報(bào)告*0.7+匯報(bào)*0.3兩次小組討論平均分A40ILO-4達(dá)成度