信息與編碼理論 第2版 教案全套-教學(xué)設(shè)計(jì) 第1-7章 緒論、信源與信源熵-卷積碼+附4個(gè)實(shí)驗(yàn)

《信息與編碼理論》教案課程性質(zhì)必修□選修課程類別□通識課程專業(yè)課程□實(shí)踐教學(xué)課程學(xué)時(shí)48（理論40，實(shí)驗(yàn)8）課程學(xué)分3教材《信息與編碼理論》，機(jī)械工業(yè)出版社，張長森，2019.8一、理論內(nèi)容教學(xué)方案第1次課周次1學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容第1章緒論1.1信息的基本概念1.2信息論的研究對象、目的和內(nèi)容1.3信息論的形成和發(fā)展1.4信源編碼問題1.5信道編碼問題目的要求了解信息論形成和發(fā)展的過程，掌握通信系統(tǒng)模型的構(gòu)成及各個(gè)部分的作用。重點(diǎn)難點(diǎn)信息、消息和信號三個(gè)概念的區(qū)別和聯(lián)系，信源編碼問題和信道編碼問題的區(qū)別和聯(lián)系。作業(yè)習(xí)題1：1-1，1-2，1-3，1-4第2次課周次1學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容第2章信源與信源熵2.1信源的分類和描述2.2離散單符號無記憶信源2.3離散多符號無記憶信源2.4離散信源的信息熵目的要求了解信源的分類和描述特點(diǎn)，掌握離散單符號無記憶信源、離散多符號無記憶信源、信源信息熵的概念和數(shù)學(xué)。重點(diǎn)難點(diǎn)會計(jì)算自息量、聯(lián)合自信息量和條件自信息量。作業(yè)習(xí)題2：2-1,2-2第3次課周次2學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容2.5平均自信息量目的要求掌握平均信息量、聯(lián)合熵、條件熵的概念，以及熵函數(shù)的性質(zhì)。重點(diǎn)難點(diǎn)會根據(jù)熵函數(shù)的定義和性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。作業(yè)習(xí)題2：2-3,2-4,2-5,2-6第4次課周次2學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容2.6離散多符號信源的信源熵目的要求掌握離散多符號無記憶信源的信源熵、離散多符號有記憶信源的信源熵、離散平穩(wěn)有記憶信源的極限熵等概念。重點(diǎn)難點(diǎn)會計(jì)算離散多符號無記憶信源與離散多符號有記憶信源的信源熵。作業(yè)習(xí)題2：2-7，2-8第5次課周次3學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容2.7信源的相關(guān)性和剩余度2.8信源的MATLAB建模與仿真目的要求掌握信源的相關(guān)性和剩余度概念，學(xué)會利用MATLAB進(jìn)行信源的建模與仿真。重點(diǎn)難點(diǎn)掌握和理解冗余度的概念，學(xué)會利用MATLAB進(jìn)行簡單信源的建模仿真。作業(yè)習(xí)題2：2-9,2-10,2-11,2-12第6次課周次3學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容第3章信道與信道容量3.1信道的分類3.2離散信道的數(shù)學(xué)模型3.3互信息量與平均互信息量目的要求了解信道的分類和特點(diǎn)，理解離散信道的數(shù)學(xué)模型，掌握互信息量與平均互信息量的概念和性質(zhì)。重點(diǎn)難點(diǎn)會根據(jù)互信息量與平均互信息量的概念和性質(zhì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。作業(yè)習(xí)題3：3-1,3-2,3-3，3-4,3-4第7次課周次4學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容3.4信道容量的定義3.5離散對稱信道的信道容量目的要求理解信道容量的定義，會計(jì)算離散對稱信道的信道容量。重點(diǎn)難點(diǎn)會根據(jù)信道容量的定義計(jì)算離散對稱信道的容量。作業(yè)習(xí)題3：3-6,3-,3-8,3-9第8次課周次4學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容3.6一般離散信道的信道容量3.7信道容量定理目的要求了解一般離散信道容量的計(jì)算步驟，掌握信道容量定理。重點(diǎn)難點(diǎn)理解信道容量定理的內(nèi)涵。作業(yè)習(xí)題3：3-10,3-11，3-12，3-13第9次課周次5學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容3.8離散多符號信道及信道容量3.9組合信道及信道容量3.10信道及信道容量的MATLAB分析目的要求理解離散多符號信道的數(shù)學(xué)模型與信道容量的概念，理解并聯(lián)信道和級聯(lián)信道的概念及其信道容量，掌握信道及信道容量的MATLAB分析方法。重點(diǎn)難點(diǎn)離散多符號信道與組合信道的信道容量。作業(yè)習(xí)題3：3-14，3-15第10次課周次5學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容第4章信源編碼4.1 無失真信源編碼定理4.2 無失真信源編碼4.2.1香農(nóng)編碼4.2.2霍夫曼碼目的要求理解無失真信源編碼定理，掌握香農(nóng)編碼和霍夫曼碼等無失真信源編碼的原理。重點(diǎn)難點(diǎn)會根據(jù)香農(nóng)編碼和霍夫曼碼的原理進(jìn)行相關(guān)編碼。作業(yè)習(xí)題4：4-1,4-2,4-3,4-4第11次課周次6學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容4.2.3費(fèi)諾編碼4.2.4香農(nóng)-費(fèi)諾-埃利斯碼4.2.5游程編碼4.2.6算術(shù)編碼4.2.7Lempel-Ziv算法目的要求掌握費(fèi)諾編碼、香農(nóng)-費(fèi)諾-埃利斯碼、游程編碼、算術(shù)編碼、Lempel-Ziv算法等無失真信源編碼的原理。重點(diǎn)難點(diǎn)會根據(jù)費(fèi)諾編碼、香農(nóng)-費(fèi)諾-埃利斯碼、游程編碼、算術(shù)編碼、Lempel-Ziv算法的原理進(jìn)行相關(guān)編碼。作業(yè)習(xí)題4：4-5,4-6,4-7，4-8，4-9第12次課周次6學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容4.3 限失真信源編碼定理4.4 限失真信源編碼4.5 信源編碼的仿真實(shí)例目的要求理解限失真信源編碼定理，掌握限失真信源編碼的方法，了解常見信源編碼方法的MATLAB仿真方法。重點(diǎn)難點(diǎn)理解脈沖編碼調(diào)制的原理。作業(yè)習(xí)題4：4-10,4-11,4-12第13次課周次7學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容第5章線性分組碼5.1數(shù)字通信中的信道編碼5.2差錯(cuò)控制系統(tǒng)的基本概念目的要求理解編碼信道的概念、有噪信道編碼定理、差錯(cuò)控制的方式、信道編碼的分類、分組碼的基本概念、分組碼的譯碼準(zhǔn)則、簡單的分組碼、編碼增益的概念等內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)分組碼的最優(yōu)譯碼準(zhǔn)則，奇偶檢驗(yàn)碼的原理。作業(yè)習(xí)題5：5-1,5-2,5-3第14次課周次7學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容5.3線性分組碼5.4線性分組碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力目的要求掌握向量空間、線性分組碼的結(jié)構(gòu)、生成矩陣、系統(tǒng)線性分組碼、監(jiān)督矩陣、伴隨式校驗(yàn)、錯(cuò)誤糾正、譯碼器電路、線性分組碼的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力等內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)線性分組碼的編譯碼原理以及糾檢錯(cuò)能力。作業(yè)習(xí)題5：5-4，5-5，5-6,5-7,5-8,5-9,5-10,5-11,5-12，5-13,5-14第15次課周次8學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容5.5循環(huán)碼5.6循環(huán)碼的仿真實(shí)例目的要求掌握循環(huán)碼的定義與性質(zhì)、生成多項(xiàng)式、監(jiān)督多項(xiàng)式、生成矩陣、截短循環(huán)碼、系統(tǒng)循環(huán)碼、循環(huán)碼的編譯碼器、循環(huán)碼實(shí)例等內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)循環(huán)碼的編譯碼原理。作業(yè)習(xí)題5：5-15,5-16,5-17,5-18,5-19第16次課周次8學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容第6章BCH和RS碼6.1有限域目的要求理解有限域的定義、域的特征和基域、有限域上的多項(xiàng)式、擴(kuò)展域的結(jié)構(gòu)、本原元素和本原多項(xiàng)式、最小多項(xiàng)式和共軛元素等內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)掌握信道編譯碼相關(guān)的有限域基本概念。作業(yè)習(xí)題6：6-1第17次課周次9學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容6.2BCH碼目的要求掌握BCH碼的結(jié)構(gòu)、BCH碼的生成多項(xiàng)式、BCH碼的譯碼、BCH碼的Berlekamp-Massey譯碼算法等內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)理解BCH碼的編譯碼方法。作業(yè)習(xí)題6：6-2，6-3，6-4,6-5,6-6第18次課周次9學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容6.3RS碼6.4BCH和RS碼的仿真實(shí)例目的要求掌握RS碼的生成多項(xiàng)式、RS碼的系統(tǒng)編碼、RS碼的譯碼、BCH和RS碼的仿真實(shí)例等內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)理解RS碼的編譯碼方法。作業(yè)習(xí)題6：6-7，6-8,6-9,6-10,6-11,6-12,6-13,6-14第19次課周次10學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容第7章卷積碼7.1卷積碼概述7.2卷積碼編碼器目的要求掌握卷積碼概念、連接圖表示、多項(xiàng)式表示、矩陣表示、狀態(tài)圖表示、樹狀圖表示、網(wǎng)格圖表示等內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)理解卷積碼的特點(diǎn)和常見描述方法。作業(yè)習(xí)題7：7-1，7-2,7-3,7-4,7-5,7-6第20次課周次10學(xué)時(shí)2教學(xué)內(nèi)容7.3卷積碼譯碼器7.4卷積碼的特性7.5卷積碼的編譯碼仿真實(shí)例7.6Turbo碼目的要求理解卷積碼的譯碼原理和性質(zhì)，了解卷積碼的編譯碼仿真實(shí)例與Turbo碼等內(nèi)容。重點(diǎn)難點(diǎn)理解卷積碼的維特比譯碼算法。作業(yè)習(xí)題7：7-7,7-8,7-9,7-10,7-11,7-12，7-13,7-14,7-15二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容教學(xué)方案第1個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱香農(nóng)編碼實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．理解和掌握香農(nóng)編碼的基本原理；2．會用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)香農(nóng)編碼。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.利用MATLAB對輸入概率進(jìn)行排序，并對排序的概率向上取整；2.利用MATLAB計(jì)算累加和，并對計(jì)算的累加和取二進(jìn)制，根據(jù)取整的值對二進(jìn)制進(jìn)行由左到右截??；3.計(jì)算出香農(nóng)編碼的編碼效率。結(jié)果處理1.詳細(xì)觀測和記錄各實(shí)驗(yàn)步驟，通過分步檢驗(yàn)各實(shí)驗(yàn)步驟的結(jié)果；2.通過概率相同時(shí)不同排序的編碼結(jié)果，計(jì)算不同編碼結(jié)果的編碼效率。第2個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱費(fèi)諾編碼學(xué)時(shí)2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解和掌握費(fèi)諾編碼的基本原理；2.會用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)費(fèi)諾編碼；3.掌握計(jì)算費(fèi)諾編碼平均碼長和編碼效率的方法。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.利用MATLAB對輸入概率進(jìn)行排序，并對排序結(jié)果進(jìn)行分組；2.根據(jù)分組分配碼元，對分配碼元由左到右排序。結(jié)果處理1.詳細(xì)觀測和記錄各實(shí)驗(yàn)步驟，通過分步檢驗(yàn)各實(shí)驗(yàn)步驟的結(jié)果；2.通過概率相同時(shí)不同排序的編碼結(jié)果，計(jì)算不同編碼方法的編碼效率。第3個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱線性分組碼學(xué)時(shí)2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解和掌握線性分組碼編碼的基本原理；2.理解和掌握線性分組碼譯碼的基本原理；3.會用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)線性分組碼的編碼和譯碼。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.利用MATLAB確定線性分組碼生成矩陣，根據(jù)生成矩陣得到所有碼字；2.根據(jù)生成矩陣，得到線性分組碼校驗(yàn)矩陣，利用伴隨式進(jìn)行譯碼，并檢驗(yàn)譯碼結(jié)果。結(jié)果處理1.詳細(xì)觀測和記錄各實(shí)驗(yàn)步驟，通過分步檢驗(yàn)各實(shí)驗(yàn)步驟的結(jié)果；2.通過伴隨式法檢驗(yàn)編譯碼的正確性。第4個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱循環(huán)碼編碼譯碼學(xué)時(shí)2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.理解和掌握循環(huán)碼編碼的基本原理；2.理解和掌握循環(huán)碼碼