《信息與編碼理論》課程教學(xué)大綱課程名稱：信息與編碼理論（InformationandCodingTheory）課程性質(zhì)：必修□選修課程類別：□通識課程專業(yè)課程￡實踐教學(xué)課程學(xué)時：48（理論40，實驗8）課程學(xué)分：3先修課程：高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、信號與系統(tǒng)、通信原理編制日期：年月一、課程簡介本課程是電子信息類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課。信息論是通信的數(shù)學(xué)理論,是應(yīng)用近代數(shù)理統(tǒng)計方法研究信息的度量,信道的容量和編碼的科學(xué)。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)的認識和掌握信息理論的基本概念和分析方法,掌握常用的信源編碼/譯碼，信道編碼/譯碼方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認識信息的本質(zhì)、學(xué)會運用信息科學(xué)方法論解決實際問題。掌握從宏觀認識問題科學(xué)方法和總體優(yōu)化的立場出發(fā)綜合解決問題的能力。并通過信息基本理論與相關(guān)學(xué)科的內(nèi)在聯(lián)系引導(dǎo)學(xué)生“橫向思維”，從而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和綜合學(xué)習(xí)能力。二、課程教學(xué)的目標及與畢業(yè)要求的關(guān)系（一）課程目標通過對本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握有關(guān)香農(nóng)信息論的基本理論、編碼的理論和實現(xiàn)原理；理解信源的熵、熵的性質(zhì)、無失真和限失真信源編碼理論。掌握各種常用的信源編碼和信道編碼方法，為以后深入學(xué)習(xí)信息與通信類課程和從事信息處理方面的實際工作打下堅實的基礎(chǔ)。了解國內(nèi)外信息論與編碼技術(shù)的發(fā)展，尤其是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的信息論與編碼技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，樹立學(xué)生科技強國的理想信念。課程目標1：掌握信息論的基本概念和定理，能夠從概率論與隨機過程的角度理解通信系統(tǒng)各個模塊的數(shù)學(xué)模型和功能，能夠從信息傳遞的角度分析通信系統(tǒng)，對信息傳輸?shù)墓こ虇栴}的解決方案進行比較和綜合。通過學(xué)習(xí)信息論，鼓勵同學(xué)們學(xué)習(xí)香農(nóng)等老一輩信息人努力拼搏、積極專注、一絲不茍、永不言敗的工作態(tài)度，以及堅韌不拔、追求真理的科學(xué)精神，從而激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)態(tài)度，充分展現(xiàn)作為中國新時代青年的責任感和自豪感。課程目標2：掌握信源編碼和信道編碼的基本方法，能夠從信息論及編碼角度分析影響通信系統(tǒng)性能的因素，針對信息傳輸?shù)木唧w工程問題，能認識到解決方案有多種選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案。通過學(xué)習(xí)信道編譯碼，強調(diào)學(xué)習(xí)者在信息技術(shù)領(lǐng)域的社會和職業(yè)責任，包括數(shù)據(jù)安全、信息傳輸?shù)目煽啃?，以及如何避免負面社會影響，同時介紹與通信技術(shù)相關(guān)的法律、法規(guī)和政策，如通信法、數(shù)據(jù)保護法、網(wǎng)絡(luò)中立性法案等內(nèi)容。學(xué)生需要了解這些法規(guī)對他們的工作和研究的影響，通過將這些思政內(nèi)容整合到信源編碼和信道編碼課程中，學(xué)生可以更全面地理解編碼技術(shù)的應(yīng)用和其在社會背景下的重要性，同時培養(yǎng)他們的倫理和社會責任感。課程目標3：理解和掌握信道容量定理、信源編碼定理和信道編碼定理，能夠根據(jù)信息傳輸過程中產(chǎn)生的工程問題的具體特征，選擇研究路線，設(shè)計實驗方案。通過學(xué)習(xí)，向同學(xué)們介紹強調(diào)信道容量的概念如何有助于公平和平等的信息傳輸，以確保每個人都有平等的機會訪問和分享信息，引導(dǎo)學(xué)生思考信息通信技術(shù)的能源消耗、電子廢物處理和環(huán)保責任，討論綠色通信技術(shù)的發(fā)展。（二）課程目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系本課程目標支持的主要畢業(yè)要求如下表：課程目標畢業(yè)要求指標點1．能夠從概率論與隨機過程的角度理解通信系統(tǒng)各個模塊的數(shù)學(xué)模型和功能，能夠從信息傳遞的角度分析通信系統(tǒng)，對信息傳輸?shù)墓こ虇栴}的解決方案進行比較和綜合。畢業(yè)要求1：掌握信息與通信領(lǐng)域所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識，并能夠?qū)⑵溆糜诮鉀Q信息獲取、分析、存儲與傳輸中的復(fù)雜工程問題。指標點1.4：能夠運用相關(guān)知識和數(shù)學(xué)模型方法，對信息與通信領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題解決方案進行比較與綜合2．能夠從信息論及編碼角度分析影響通信系統(tǒng)性能的因素，針對信息傳輸?shù)木唧w工程問題，能認識到解決方案有多種選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案。畢業(yè)要求2：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，結(jié)合文獻研究，對信息與通信領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進行識別、表達和分析，以獲得有效結(jié)論指標點2.3：針對信息與通信領(lǐng)域的具體工程問題，能認識到解決方案有多種選擇，會通過文獻研究等方法尋求可替代的解決方案。3.理解和掌握信道容量定理、信源編碼定理和信道編碼定理，能夠根據(jù)信息傳輸過程中產(chǎn)生的工程問題的具體特征，選擇研究路線，設(shè)計實驗方案。畢業(yè)要求4：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法，對信息與通信領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題進行研究，包括設(shè)計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。指標點4.2：能夠根據(jù)信息獲取、分析、存儲與傳輸過程中產(chǎn)生的復(fù)雜工程問題的具體特征，選擇研究路線，設(shè)計實驗方案三、課程教學(xué)的基本內(nèi)容及教學(xué)安排（一）課程教學(xué)的內(nèi)容及學(xué)時安排知識單元知識點學(xué)時數(shù)課程目標線下授課線上授課實驗/實踐1.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200課程目標12.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2.5平均自信息量2.6離散多符號信源的信源熵2.7信源的相關(guān)性和剩余度2.8信源的MATLAB建模與仿真800課程目標13.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3.4信道容量的定義3.5離散對稱信道的信道容量3.6一般離散信道的信道容量3.7信道容量定理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800課程目標1，34.信源編碼4.1無失真信源編碼定理4.2無失真信源編碼4.3限失真信源編碼定理4.4限失真信源編碼4.5信源編碼的仿真實例604課程目標2，35.線性分組碼5.1數(shù)字通信中的信道編碼5.2差錯控制系統(tǒng)的基本概念5.3線性分組碼5.4線性分組碼的檢錯和糾錯能力5.5循環(huán)碼5.6循環(huán)碼的仿真實例602課程目標2，36.BCH和RS碼6.1有限域6.2BCH碼6.3RS碼6.4BCH和RS碼的仿真實例602課程目標2，37.卷積碼7.1卷積碼概述7.2卷積碼編碼器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例7.6Turbo碼400課程目標2，3合計408（二）課堂實驗/實踐教學(xué)內(nèi)容及要求（無課堂實驗/實踐，可刪除此表）序號項目名稱內(nèi)容、要求學(xué)時實驗/實踐類別實驗/實踐類型每組人數(shù)必做/選做課程目標1香農(nóng)編碼實驗內(nèi)容：運用程序設(shè)計方法實現(xiàn)香農(nóng)編碼。實驗要求：理解并掌握香農(nóng)編碼的過程及編碼方法。2專業(yè)設(shè)計3必做課程目標22費諾編碼實驗內(nèi)容：運用程序設(shè)計方法實現(xiàn)費諾編碼。實驗要求：理解并掌握費諾編碼的過程及編碼方法。2專業(yè)設(shè)計3必做課程目標23線性分組碼實驗內(nèi)容：運用程序設(shè)計方法實現(xiàn)線性分組碼實驗要求：理解并掌握線性分組碼的過程及編碼方法2專業(yè)設(shè)計3必做課程目標24循環(huán)碼編譯碼實驗內(nèi)容：運用程序設(shè)計方法實現(xiàn)循環(huán)碼的編譯碼。實驗要求：理解并掌握循環(huán)碼的編譯碼方法。2專業(yè)設(shè)計3必做課程目標3基本要求1．認真閱讀實驗指導(dǎo)書，預(yù)習(xí)與實驗有關(guān)知識，了解實驗內(nèi)容和方法；2．熟悉所用實驗設(shè)備的使用方法；3.按照實驗要求進行實驗操作。4.實驗中觀察、檢測并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，能分析和解決在實驗過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象和問題。5.不盲目輕信實驗數(shù)據(jù)和結(jié)果。不抄襲別人的數(shù)據(jù)和結(jié)果。6.每次實驗后，每個學(xué)生均應(yīng)按本次實驗情況編寫實驗報告，并分析實驗結(jié)果，結(jié)論要明確。要求字跡工整，繪圖清晰，表格規(guī)整。注：實驗/實踐類別：專業(yè)、上機等實驗/實踐類型：操作型、驗證型、演示型、綜合型等。四、本課程與其他課程的聯(lián)系先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、信號與系統(tǒng)，通信原理。后續(xù)課程：通信網(wǎng)理論基礎(chǔ)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代通信技術(shù)、移動通信、光纖通信與設(shè)計。五、教材與其他教學(xué)資源（含教學(xué)參考書或在線資源）（一）建議教材張長森，郭輝等.《信息與編碼理論》，北京：機械工業(yè)出版社，2019.8（二）其他教學(xué)資源李梅，李亦農(nóng)等.《信息論基礎(chǔ)教程（第3版）》，北京：北京郵電大學(xué)出版社,2015.8唐朝京，雷菁.《信息論與編碼教程（第2版）》.北京：電子工業(yè)出版社,2015.1RanjanBose(American),《InformationTheory,CodingandCryptography》.ChinaMachinePress.2004.7T.M.Cover,JoyA.Thomas.《Elementsofinformationtheory》.WileyIndiaPvt.Limited,2006陳運.《信息論與編碼（第3版）》。北京：電子工業(yè)出版社,2015.12周蔭清.《信息論理論基礎(chǔ)（第4版）》。北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2012.3六、教學(xué)方法與學(xué)習(xí)建議課程目標1的教學(xué)方法及手段：以課堂講授為主，結(jié)合小組討論、作業(yè)以及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資源，采用多媒體教學(xué)手段，配合例題的講解及適當?shù)乃伎碱}，保證講課進度的同時，注意學(xué)生的掌握程度和課堂的氣氛。引導(dǎo)學(xué)生掌握信息論與編碼理論的相關(guān)概念、基本理論及方法，利用討論與習(xí)題形式幫助學(xué)生建立對信息論與編碼理論的興趣；課堂講授以實際通信系統(tǒng)為例提出問題、啟發(fā)學(xué)生分析問題，給出理論基礎(chǔ)和分析方法的形式進行。經(jīng)多環(huán)節(jié)訓(xùn)練、督促檢測以鞏固學(xué)習(xí)成果。課程目標2的教學(xué)方法及手段：以課堂講授為主，結(jié)合作業(yè)以及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資源，采用多媒體教學(xué)手段，配合例題的講解及適當?shù)乃伎碱}，保證講課進度的同時，注意學(xué)生的掌握程度和課堂的氣氛。信息論與編碼課程不僅僅局限于數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，這樣容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，因此應(yīng)注重理論與實際的聯(lián)系。同時，結(jié)合具體工程應(yīng)用中的一些實例，針對理工科生的特點，講解信息論的理論知識，從而增強課程的生動性、趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程目標3的教學(xué)方法及手段：教學(xué)方法以課堂講授為主，結(jié)合多媒體和板書，同時輔以課后作業(yè)和系統(tǒng)仿真練習(xí)，緊密結(jié)合工程背景，采用啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識、思考問題、分析問題和解決問題的能力。多環(huán)節(jié)訓(xùn)練、督促檢測以鞏固學(xué)習(xí)成果，包括作業(yè)、實驗和期末考試。七、課程考核及成績評定方式（一）課程考核1.課程考核對課程目標的支撐課程總評成績由過程考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關(guān)系見下表：考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則課程目標123過程考核課堂表現(xiàn)10（1）通過測試題目考核學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)以及對已學(xué)習(xí)知識點的掌握程度；（2）課堂教學(xué)內(nèi)容的多個知識點的綜合測試。結(jié)合課程目標，重點考察學(xué)生對信息論與編碼的知識認知?！獭獭?33作業(yè)20（1）考查應(yīng)用所學(xué)信息論與編碼知識解決信息傳輸工程問題的掌握程度，至少5次作業(yè)；（2）教師根據(jù)作業(yè)次數(shù)、解答過程及結(jié)果情況評分?！獭獭?67實驗10（1）根據(jù)每個實驗的實驗情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）取各次實驗成績的平均值作為對應(yīng)課程目標的最終成績?！獭?5期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核信息概念及度量、信道容量定義及計算，信源/信道編碼的基本方法及信息論的基本定理等內(nèi)容?！獭獭?02020合計：100分3134352.考核方式及成績評定考核方式：過程考核和期末考試相結(jié)合，過程考核包括課堂表現(xiàn)（隨堂測試）、作業(yè)（章節(jié)作業(yè)和大作業(yè)）、實驗?？己顺煽兊臉?gòu)成：總成績?yōu)?00%，其中課堂表現(xiàn)（隨堂測試）考核成績占10%，作業(yè)（章節(jié)作業(yè)和大作業(yè)）成績占20%，實驗成績占10%，期末考試成績占60%。3.過程考核評價標準（1）課堂表現(xiàn)主要通過隨堂測試進行評價，其評價標準如下表：課程目標評分標準100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課程目標1能很好地完成信息論基礎(chǔ)理論的課堂測試，正確率大于90%。能較好地完成信息論基礎(chǔ)理論的課堂測試，正確率大于80%。能完成信息論基礎(chǔ)理論的課堂測試，正確率大于70%?；灸芡瓿尚畔⒄摶A(chǔ)理論的課堂測試，正確率大于60%。未參與信息論基礎(chǔ)理論的課堂測試，正確率低于60%。課程目標2能很好地完成信源模型及信源編碼定理等課堂測試，正確率大于90%。能較好地完成信源模型及信源編碼定理等課堂測試，正確率大于80%。能完成信源模型及信源編碼定理等課堂測試，正確率大于70%?；灸芡瓿尚旁茨Ｐ图靶旁淳幋a定理等課堂測試，正確率大于60%。未參與信源模型及信源編碼定理的課堂測試，正確率低于60%。課程目標3能很好地完成信源編碼及信道編碼方法等課堂測試，正確率大于90%。能較好地完成信源編碼及信道編碼方法等課堂測試，正確率大于80%。能完成信源編碼及信道編碼方法等課堂測試，正確率大于70%?；灸芡瓿尚旁淳幋a及信道編碼方法等課堂測試，正確率大于60%。未參與信源編碼及信道編碼方法等課堂測試，正確率低于60%。（2）作業(yè)包含普通的章節(jié)作業(yè)和大作業(yè)，其評價標準如下表：課程目標評分標準100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課程目標1獨立完成信息論基礎(chǔ)理論相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于90%。獨立完成信息論基礎(chǔ)理論相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于80%。獨立完成信息論基礎(chǔ)理論相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于70%。獨立完成信息論基礎(chǔ)理論相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于60%。作業(yè)抄襲，或未能完成信息論基礎(chǔ)理論相關(guān)作業(yè)，思路模糊，作業(yè)不完整，正確率低于60%。課程目標2獨立完成信源模型及信源編碼定理等相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于90%。獨立完成信源模型及信源編碼定理等相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于80%。獨立完成信源模型及信源編碼定理等相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于70%。獨立完成信源模型及信源編碼定理等相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于60%。作業(yè)抄襲，或未能完成信源模型及信源編碼定理等相關(guān)作業(yè)，思路模糊，作業(yè)不完整，正確率低于60%。課程目標3獨立完成信源編碼及信道編碼方法相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于90%。獨立完成信源編碼及信道編碼方法相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于80%。獨立完成信源編碼及信道編碼方法相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于70%。獨立完成信源編碼及信道編碼方法相關(guān)作業(yè)，思路清晰，作業(yè)完整，書寫規(guī)范，正確率大于60%。作業(yè)抄襲，或未能完成信源編碼及信道編碼方法相關(guān)作業(yè)，思路模糊，作業(yè)不完整，正確率低于60%。（3）課程實驗的評價標準如下表：課程目標評分標準100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課程目標2能結(jié)合信息處理和傳輸理論開展實驗，方案正確詳盡，準備充分，實驗數(shù)據(jù)正確，結(jié)果分析合理全面，報告書寫認真規(guī)范。能結(jié)合信息處理和傳輸理論開展實驗，方案正確，準備充分，實驗數(shù)據(jù)正確，結(jié)果分析合理，報告書寫規(guī)范。能結(jié)合信息處理和傳輸理論開展實驗，方案較正確，準備較充分，實驗數(shù)據(jù)正確，結(jié)果分析較合理，報告書寫規(guī)范。能結(jié)合信息處理和傳輸理論開展實驗，方案基本正確，有實驗準備，實驗數(shù)據(jù)正確，結(jié)果分析基本合理，報告書寫規(guī)范。不能按要求開展實驗，或無實驗報告，或抄襲報告。課程目標3能根據(jù)方案開展實驗，實驗準備充分，實驗數(shù)據(jù)正確，結(jié)果分析合理全面，報告書寫認真規(guī)范。能根據(jù)方案開展實驗，實驗準備較充分，實驗數(shù)據(jù)正確，結(jié)果分析合理，報告書寫規(guī)范。能根據(jù)方案開展實驗，實驗準備較充分，實驗數(shù)據(jù)正確，結(jié)果分析較合理，報告書寫規(guī)范。能根據(jù)方案開展實驗，有實驗準備，實驗數(shù)據(jù)正確，結(jié)果分析基本合理，報告書寫規(guī)范。不能根據(jù)方案開展實驗，或無實驗報告，或抄襲報告。4.期末考試評分標準主要考核信息論基礎(chǔ)理論、信源編碼定理、信道編碼定理及信源編碼方法、信道編碼方法等方面，卷面分100分，以卷面成績的60%計入期末總成績。期末考試的考查重點與出題要求如下表：序號課程目標考查點分值占比備注1課程目標1(平均)自信息/互信息的概念和意義；信源熵的有關(guān)概念；信道的數(shù)學(xué)模型和信道容量的概念及求解方法；失真測度及信息率失真函數(shù)的概念和性質(zhì)。能夠從概率論與隨機過程的角度理解通信系統(tǒng)各個模塊的數(shù)學(xué)模型和功能，能夠從信息傳遞的角度分析通信系統(tǒng)。34%從填空題、判斷題、簡答題、計算題、設(shè)計題中選擇若干種題型；難度分為：容易，中等偏容易，中等偏難三個等次，其比例近似為3:4:32課程目標2信源編碼和信道編碼的作用和基本原理，基本的信源編碼和信道編碼的方法；能夠從信息論及編碼角度分析影響通信系統(tǒng)性能的因素，針對信息傳輸?shù)木唧w工程問題，能認識到解決方案有多種選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案。33%從填空題、判斷題、簡答題、計算題、設(shè)計題中選擇若干種題型；難度分為：容易，中等偏容易，中等偏難三個等次，其比例近似為3:4:33課程目標3定長/變長無失真信源編碼