信息与编码理论 第2版 教案全套-教学设计 第1-7章 绪论、信源与信源熵-卷积码+附4个实验

《信息与编码理论》教案课程性质必修□选修课程类别□通识课程专业课程□实践教学课程学时48（理论40，实验8）课程学分3教材《信息与编码理论》，机械工业出版社，张长森，2019.8一、理论内容教学方案第1次课周次1学时2教学内容第1章绪论1.1信息的基本概念1.2信息论的研究对象、目的和内容1.3信息论的形成和发展1.4信源编码问题1.5信道编码问题目的要求了解信息论形成和发展的过程，掌握通信系统模型的构成及各个部分的作用。重点难点信息、消息和信号三个概念的区别和联系，信源编码问题和信道编码问题的区别和联系。作业习题1：1-1，1-2，1-3，1-4第2次课周次1学时2教学内容第2章信源与信源熵2.1信源的分类和描述2.2离散单符号无记忆信源2.3离散多符号无记忆信源2.4离散信源的信息熵目的要求了解信源的分类和描述特点，掌握离散单符号无记忆信源、离散多符号无记忆信源、信源信息熵的概念和数学。重点难点会计算自息量、联合自信息量和条件自信息量。作业习题2：2-1,2-2第3次课周次2学时2教学内容2.5平均自信息量目的要求掌握平均信息量、联合熵、条件熵的概念，以及熵函数的性质。重点难点会根据熵函数的定义和性质进行相关计算。作业习题2：2-3,2-4,2-5,2-6第4次课周次2学时2教学内容2.6离散多符号信源的信源熵目的要求掌握离散多符号无记忆信源的信源熵、离散多符号有记忆信源的信源熵、离散平稳有记忆信源的极限熵等概念。重点难点会计算离散多符号无记忆信源与离散多符号有记忆信源的信源熵。作业习题2：2-7，2-8第5次课周次3学时2教学内容2.7信源的相关性和剩余度2.8信源的MATLAB建模与仿真目的要求掌握信源的相关性和剩余度概念，学会利用MATLAB进行信源的建模与仿真。重点难点掌握和理解冗余度的概念，学会利用MATLAB进行简单信源的建模仿真。作业习题2：2-9,2-10,2-11,2-12第6次课周次3学时2教学内容第3章信道与信道容量3.1信道的分类3.2离散信道的数学模型3.3互信息量与平均互信息量目的要求了解信道的分类和特点，理解离散信道的数学模型，掌握互信息量与平均互信息量的概念和性质。重点难点会根据互信息量与平均互信息量的概念和性质进行相关计算。作业习题3：3-1,3-2,3-3，3-4,3-4第7次课周次4学时2教学内容3.4信道容量的定义3.5离散对称信道的信道容量目的要求理解信道容量的定义，会计算离散对称信道的信道容量。重点难点会根据信道容量的定义计算离散对称信道的容量。作业习题3：3-6,3-,3-8,3-9第8次课周次4学时2教学内容3.6一般离散信道的信道容量3.7信道容量定理目的要求了解一般离散信道容量的计算步骤，掌握信道容量定理。重点难点理解信道容量定理的内涵。作业习题3：3-10,3-11，3-12，3-13第9次课周次5学时2教学内容3.8离散多符号信道及信道容量3.9组合信道及信道容量3.10信道及信道容量的MATLAB分析目的要求理解离散多符号信道的数学模型与信道容量的概念，理解并联信道和级联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。重点难点离散多符号信道与组合信道的信道容量。作业习题3：3-14，3-15第10次课周次5学时2教学内容第4章信源编码4.1 无失真信源编码定理4.2 无失真信源编码4.2.1香农编码4.2.2霍夫曼码目的要求理解无失真信源编码定理，掌握香农编码和霍夫曼码等无失真信源编码的原理。重点难点会根据香农编码和霍夫曼码的原理进行相关编码。作业习题4：4-1,4-2,4-3,4-4第11次课周次6学时2教学内容4.2.3费诺编码4.2.4香农-费诺-埃利斯码4.2.5游程编码4.2.6算术编码4.2.7Lempel-Ziv算法目的要求掌握费诺编码、香农-费诺-埃利斯码、游程编码、算术编码、Lempel-Ziv算法等无失真信源编码的原理。重点难点会根据费诺编码、香农-费诺-埃利斯码、游程编码、算术编码、Lempel-Ziv算法的原理进行相关编码。作业习题4：4-5,4-6,4-7，4-8，4-9第12次课周次6学时2教学内容4.3 限失真信源编码定理4.4 限失真信源编码4.5 信源编码的仿真实例目的要求理解限失真信源编码定理，掌握限失真信源编码的方法，了解常见信源编码方法的MATLAB仿真方法。重点难点理解脉冲编码调制的原理。作业习题4：4-10,4-11,4-12第13次课周次7学时2教学内容第5章线性分组码5.1数字通信中的信道编码5.2差错控制系统的基本概念目的要求理解编码信道的概念、有噪信道编码定理、差错控制的方式、信道编码的分类、分组码的基本概念、分组码的译码准则、简单的分组码、编码增益的概念等内容。重点难点分组码的最优译码准则，奇偶检验码的原理。作业习题5：5-1,5-2,5-3第14次课周次7学时2教学内容5.3线性分组码5.4线性分组码的检错和纠错能力目的要求掌握向量空间、线性分组码的结构、生成矩阵、系统线性分组码、监督矩阵、伴随式校验、错误纠正、译码器电路、线性分组码的检错和纠错能力等内容。重点难点线性分组码的编译码原理以及纠检错能力。作业习题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次课周次8学时2教学内容5.5循环码5.6循环码的仿真实例目的要求掌握循环码的定义与性质、生成多项式、监督多项式、生成矩阵、截短循环码、系统循环码、循环码的编译码器、循环码实例等内容。重点难点循环码的编译码原理。作业习题5：5-15,5-16,5-17,5-18,5-19第16次课周次8学时2教学内容第6章BCH和RS码6.1有限域目的要求理解有限域的定义、域的特征和基域、有限域上的多项式、扩展域的结构、本原元素和本原多项式、最小多项式和共轭元素等内容。重点难点掌握信道编译码相关的有限域基本概念。作业习题6：6-1第17次课周次9学时2教学内容6.2BCH码目的要求掌握BCH码的结构、BCH码的生成多项式、BCH码的译码、BCH码的Berlekamp-Massey译码算法等内容。重点难点理解BCH码的编译码方法。作业习题6：6-2，6-3，6-4,6-5,6-6第18次课周次9学时2教学内容6.3RS码6.4BCH和RS码的仿真实例目的要求掌握RS码的生成多项式、RS码的系统编码、RS码的译码、BCH和RS码的仿真实例等内容。重点难点理解RS码的编译码方法。作业习题6：6-7，6-8,6-9,6-10,6-11,6-12,6-13,6-14第19次课周次10学时2教学内容第7章卷积码7.1卷积码概述7.2卷积码编码器目的要求掌握卷积码概念、连接图表示、多项式表示、矩阵表示、状态图表示、树状图表示、网格图表示等内容。重点难点理解卷积码的特点和常见描述方法。作业习题7：7-1，7-2,7-3,7-4,7-5,7-6第20次课周次10学时2教学内容7.3卷积码译码器7.4卷积码的特性7.5卷积码的编译码仿真实例7.6Turbo码目的要求理解卷积码的译码原理和性质，了解卷积码的编译码仿真实例与Turbo码等内容。重点难点理解卷积码的维特比译码算法。作业习题7：7-7,7-8,7-9,7-10,7-11,7-12，7-13,7-14,7-15二、实验内容教学方案第1个实验实验名称香农编码实验学时2实验目的1．理解和掌握香农编码的基本原理；2．会用MATLAB编程实现香农编码。实验内容1.利用MATLAB对输入概率进行排序，并对排序的概率向上取整；2.利用MATLAB计算累加和，并对计算的累加和取二进制，根据取整的值对二进制进行由左到右截取；3.计算出香农编码的编码效率。结果处理1.详细观测和记录各实验步骤，通过分步检验各实验步骤的结果；2.通过概率相同时不同排序的编码结果，计算不同编码结果的编码效率。第2个实验实验名称费诺编码学时2实验目的1.理解和掌握费诺编码的基本原理；2.会用MATLAB编程实现费诺编码；3.掌握计算费诺编码平均码长和编码效率的方法。实验内容1.利用MATLAB对输入概率进行排序，并对排序结果进行分组；2.根据分组分配码元，对分配码元由左到右排序。结果处理1.详细观测和记录各实验步骤，通过分步检验各实验步骤的结果；2.通过概率相同时不同排序的编码结果，计算不同编码方法的编码效率。第3个实验实验名称线性分组码学时2实验目的1.理解和掌握线性分组码编码的基本原理；2.理解和掌握线性分组码译码的基本原理；3.会用MATLAB编程实现线性分组码的编码和译码。实验内容1.利用MATLAB确定线性分组码生成矩阵，根据生成矩阵得到所有码字；2.根据生成矩阵，得到线性分组码校验矩阵，利用伴随式进行译码，并检验译码结果。结果处理1.详细观测和记录各实验步骤，通过分步检验各实验步骤的结果；2.通过伴随式法检验编译码的正确性。第4个实验实验名称循环码编码译码学时2实验目的1.理解和掌握循环码编码的基本原理；2.理解和掌握循环码码