《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課程類別專業(yè)教育課程課程性質(zhì)限選選修課程高等數(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)適用專業(yè)通信工程開(kāi)課學(xué)院信息工程學(xué)院教材（一）推薦教材：《信息論與編碼（第4版）》，曹雪虹、張宗橙，清華大學(xué)出版社，2014.5（二）主要參考書(shū)：《信息論與編碼（第3版）》，陳運(yùn)、周亮、陳新，電子工業(yè)出版社，2015.12注：課程類別是指公共基礎(chǔ)課/學(xué)科基礎(chǔ)課/專業(yè)課；課程性質(zhì)是指必修/限選/任選。一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)（一）課程地位本課程是通信工程專業(yè)的一門(mén)重要的專業(yè)限選課程。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(guò)文獻(xiàn)研究分析復(fù)雜工程問(wèn)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.信息理論與編碼基本概念：了解通信工程中信息理論與編碼方法的基本概念，了解通信系統(tǒng)基本組成，了解香農(nóng)三大定律基本定義與適用場(chǎng)景。2、ILO-2.信源的度量：理解信息的定義和度量基本思想，掌握熵和互信息的概念與分析能力；掌握信息率失真函數(shù)的物理內(nèi)涵和數(shù)學(xué)模型，理解信源無(wú)損和有損編碼數(shù)理原理；3、ILO-3.信源、信道編碼：具備使用信息論基本原理實(shí)現(xiàn)無(wú)損信源編碼設(shè)計(jì)能力；理解信道容量物理意義，學(xué)會(huì)信道數(shù)學(xué)建模，并掌握基本信道容量的計(jì)算與分析能力；設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的信道編碼方案，對(duì)編碼的檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力進(jìn)行分析。思政教育目標(biāo)：通過(guò)讓學(xué)生充分了解通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展全貌，讓學(xué)生理解以華為為代表的中國(guó)通信產(chǎn)業(yè)從3G跟隨、4G并行、5G引領(lǐng)的偉大跨越，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義熱情和不斷進(jìn)取的斗志，激勵(lì)學(xué)生投身于我國(guó)信息技術(shù)新的突破。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程支撐的畢業(yè)要求如下：畢業(yè)要求2：?jiǎn)栴}分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和通信工程科學(xué)的基本原理，識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析通信領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求2-3：認(rèn)識(shí)到解決問(wèn)題有多種方案，能夠通過(guò)理論推理、文獻(xiàn)研究和工程方法分析和總結(jié)解決通信復(fù)雜工程問(wèn)題的可能途徑，尋求解決方案。說(shuō)明：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠應(yīng)用信息論原理識(shí)別、表達(dá)、并通過(guò)文獻(xiàn)研究分析通信領(lǐng)域編碼工程問(wèn)題，提出解決方案。畢業(yè)要求4：研究：能夠基于通信工程科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過(guò)信息綜合得到合理有效的結(jié)論。畢業(yè)要求4-1：能夠應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，通過(guò)文獻(xiàn)研究或相關(guān)方法對(duì)通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)等問(wèn)題的解決方案進(jìn)行調(diào)研和分析，選擇合理的研究路線，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。說(shuō)明：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠基于信息論原理并采用科學(xué)方法對(duì)復(fù)雜通信工程問(wèn)題進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)相關(guān)編碼方案、分析與解釋編碼結(jié)果，得出正確有效結(jié)論。表1課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求畢業(yè)要求2-3(支撐強(qiáng)度：M)畢業(yè)要求4-1(支撐強(qiáng)度：M)ILO-10.20ILO-20.80ILO-301注：表1中的系數(shù)說(shuō)明本課程中的不同課程目標(biāo)對(duì)相關(guān)畢業(yè)要求支撐的權(quán)重，用于畢業(yè)要求達(dá)成度分析。根據(jù)表1，本課程目標(biāo)的達(dá)成度對(duì)相關(guān)畢業(yè)要求的支撐情況如下：支撐畢業(yè)要求2的分值=ILO-1達(dá)成度*20%+ILO-2達(dá)成度*80%；支撐畢業(yè)要求4的分值=ILO-3達(dá)成度*100%。三、課程主要內(nèi)容與基本要求1、緒論教學(xué)內(nèi)容：（1）信息論歷史；（2）通信系統(tǒng)基本模型；（3）通信系統(tǒng)要解決根本問(wèn)題?；疽螅毫私庑畔⒄摰男纬膳c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(wèn)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(guò)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)。思政教育目標(biāo)：通過(guò)對(duì)信息理論的發(fā)展歷程，讓學(xué)生感受我國(guó)通信產(chǎn)業(yè)人員在不斷突破自我，逼近通信系統(tǒng)理論極限的奮斗精神，激勵(lì)學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣與熱愛(ài)。2、信源與信息熵、信息率失真函數(shù)教學(xué)內(nèi)容：（1）信息熵定義與性質(zhì)；（2）信息熵計(jì)算。（3）信息率失真函數(shù)計(jì)算基本要求：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；了解信息率失真函數(shù)的物理和數(shù)學(xué)概念。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、信道與信道容量教學(xué)內(nèi)容：（1）信道模型及分類；（2）信道容量計(jì)算?；疽螅毫私庑诺滥Ｐ图胺诸?、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(guò)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(guò)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。思政教育目標(biāo)：通過(guò)引入信源熵和信道模型基本數(shù)學(xué)模型，激發(fā)學(xué)生對(duì)利用數(shù)學(xué)思維和邏輯思想解決技術(shù)問(wèn)題的興趣，引入我國(guó)新時(shí)代信息技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感與歸屬感。4、信源編碼教學(xué)內(nèi)容：（1）香農(nóng)第一定理；（2）常用信源編碼方案。基本要求：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(wú)失真編碼和變長(zhǎng)無(wú)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、信道編碼教學(xué)內(nèi)容：（1）差錯(cuò)和差錯(cuò)控制系統(tǒng)分類；（2）糾錯(cuò)編譯碼的基本原理；（3）線性分組碼和完備碼?；疽螅毫私庑诺谰幋a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)。思政教育目標(biāo)：通過(guò)介紹在通信技術(shù)全球激烈競(jìng)爭(zhēng)的背景下，華為及其他國(guó)內(nèi)企業(yè)面臨著技術(shù)難題，尤其是在新一代移動(dòng)通信技術(shù)中的信源信道編碼協(xié)議與通信標(biāo)準(zhǔn)，讓學(xué)生理解以華為為代表的中國(guó)通信產(chǎn)業(yè)從3G跟隨、4G并行、5G引領(lǐng)的偉大跨越，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義熱情和不斷進(jìn)取的斗志，為國(guó)家的科技進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。四、課程教學(xué)學(xué)時(shí)安排（32學(xué)時(shí)）本課程的教學(xué)模塊、學(xué)時(shí)安排、教學(xué)方式、學(xué)生任務(wù)及對(duì)課程目標(biāo)的支撐等如表2所示。表2教學(xué)內(nèi)容模塊、學(xué)時(shí)安排及對(duì)課程目標(biāo)的支撐章節(jié)號(hào)教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)教學(xué)方法與學(xué)生任務(wù)支撐的課程目標(biāo)第1章緒論2（1）講授（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)：完成信息論基本概念方面的作業(yè)ILO-1第2章信源與信息熵8（1）講授（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)：完成信源與信息熵方面的作業(yè)ILO-1、2第3章信道與信道容量6（1）講授（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)：完成信道與信道容量方面的作業(yè)ILO-1、3第4章信息率失真函數(shù)2（1）講授（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)：完成率失真函數(shù)方面的作業(yè)ILO-1、2第5章信源編碼4（1）講授（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)：完成信源編碼方面的作業(yè)ILO-1、3第6章信道編碼10（1）講授（2）學(xué)生自主學(xué)習(xí)任務(wù)：完成信道編碼方面的作業(yè)ILO-1、3五、考核方法及成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué)生成績(jī)的評(píng)定由平時(shí)表現(xiàn)和期末考試兩部分的成績(jī)組成，其中，平時(shí)表現(xiàn)占30%，期末考試占70%。課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)方式及成績(jī)?cè)u(píng)定如表3所示。表3課程目標(biāo)達(dá)成考核與評(píng)價(jià)方式及成績(jī)?cè)u(píng)定課程目標(biāo)考核與評(píng)價(jià)方式及成績(jī)比例（%）成績(jī)比例（%）平時(shí)成績(jī)考試成績(jī)ILO-161420ILO-292130ILO-3153550合計(jì)/1001、平時(shí)考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)平時(shí)考核評(píng)價(jià)考察學(xué)生的課后作業(yè)和課堂表現(xiàn)，課后作業(yè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表4所示，課堂表現(xiàn)評(píng)價(jià)參照教學(xué)時(shí)段學(xué)習(xí)表現(xiàn)和課堂提問(wèn)，建議用雨課堂或其它課堂管理軟件來(lái)記錄學(xué)生的課堂表現(xiàn)與課后作業(yè)。表4課后作業(yè)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)90分以上（優(yōu)秀）完整抄錄題目，作答過(guò)程詳細(xì)完整，圖形描繪準(zhǔn)確完整，模型表述和運(yùn)算過(guò)程正確，結(jié)果有效，按時(shí)提交。80-89分（良好）完整抄錄題目，作答過(guò)程詳細(xì)完整，圖形描繪準(zhǔn)確完整，模型表述和運(yùn)算過(guò)程基本正確，結(jié)果有效，按時(shí)提交。70-79分（中等）缺少題目信息，作答過(guò)程基本完整，圖形描繪基本準(zhǔn)確但不夠完整，模型表述和運(yùn)算過(guò)程基本正確，結(jié)果有效，按時(shí)提交。60-69分（合格）缺少題目信息，作答過(guò)程不完整，圖形描繪不夠準(zhǔn)確不完整，模型表述和運(yùn)算過(guò)程基本正確，結(jié)果有效，按時(shí)提交。60分以下（不合格）缺少題目信息，作答過(guò)程不完整，模型選擇錯(cuò)誤，圖形描繪大部分不準(zhǔn)確不完整，模型表述和運(yùn)算過(guò)程有錯(cuò)誤，結(jié)果有誤，未按時(shí)提交。基本要求：完整抄錄題目，作答過(guò)程詳細(xì)完整，圖形描繪準(zhǔn)確完整，公式表述正確，模型表述和運(yùn)算過(guò)程正確，結(jié)果有效，按時(shí)提交?？荚囋嚲硪蟊菊n程根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，可以安排過(guò)程考試和期末考試，考試形式建議采用閉卷。表5考試試題對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)的分值課程目標(biāo)考試試題分值（試卷滿分100）折算成考試成績(jī)分值（與表3一致）（考試成績(jī)占總成績(jī)的70%）ILO-12014ILO-23021ILO-35035考題須覆蓋大綱中的知識(shí)和能力目標(biāo)要求，以能力目標(biāo)為主要考核內(nèi)容；給出詳細(xì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)批閱試卷。六、課程目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)方法課程結(jié)束后，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)和考核成績(jī)，采用定量分析的方式，具體分析過(guò)程按表6對(duì)三個(gè)課程目標(biāo)的達(dá)成情況評(píng)價(jià)值進(jìn)行計(jì)算，依據(jù)分析結(jié)果提出教學(xué)改進(jìn)措施。表6課程目標(biāo)達(dá)成情況定量評(píng)價(jià)課程目標(biāo)課程目標(biāo)達(dá)成情況計(jì)算方法課程目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)值計(jì)算方法課程目標(biāo)達(dá)成情況評(píng)價(jià)結(jié)果學(xué)生個(gè)體學(xué)生整體ILO-1ILO-1個(gè)體達(dá)成情況平均值90~100分：優(yōu)秀75~89分：良好60分及以上：合格<60：不合格ILO-2