1 Область применения - Автоматизированная информационная

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени ШАКАРИМА г. Семей
Документ СМК 3уровня
УМКД
УМКД
Программа дисциплины
“Прикладная теория
информации” для
преподавателя
УМКД 042-18-11.1.20.__/012013
Редакция № 1 от _______
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
ДИСЦИПЛИНЫ
«Прикладная теория информации»
для специальности 5В070200-Автоматизация и управление
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ
Семей
2013
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 2 из 16
Предисловие
1.РАЗРАБОТАНО
Составитель Золотов А.Д., к.т.н., заведующий кафедрой «Автоматики и
электротехники», Государственного университета имени Шакарима г. Семей
2.ОБСУЖДЕНО
2.1 На заседании кафедры «Автоматизация и управление», Семипалатинского государственного университета имени Шакарима
Протокол от «___» __________ 2013г., №____.
Заведующий кафедрой ____________ А.Золотов
2.2. На заседании учебно-методического бюро ФИКТ
Протокол от «____» __________ 2013 года, № __.
Председатель _________________Р. Бекбаева
3.УТВЕРЖДЕНО
Одобрено и рекомендовано к изданию на заседании Учебно-методического
совета университета
Протокол от «____» __________ 20123 года, № __.
Председатель УМС____________ Г. Искакова
2
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 3 из 16
Содержание
1 Область применения ................................................................................................. 4
2 Нормативные ссылки ................................................................................................ 4
3 Общие положения ..................................................................................................... 4
3.1 Краткое описание содержания дисциплины ....................................................... 4
3.2 Требования к уровню освоения содержания дисциплины ................................. 5
4 Рабочая программа дисциплины для преподавателя ............................................. 5
5 Перечень тем для самостоятельной работы студентов ......................................... 8
6 Учебно-методическая карта по дисциплине........................................................... 9
7 Карта обеспеченности учебно-методической литературой. ............................... 15
8 Литература................................................................................................................ 16
3
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 4 из 16
1 Область применения
Программа дисциплины для преподавателя, входящая в состав учебнометодического комплекса по дисциплине «Прикладная теория информации» предназначена для студентов специальности 5В070200-Автоматизация и управление.
Она знакомит студентов с содержанием курса, его актуальностью и необходимостью, политикой курса, с теми знаниями и умениями, которые приобретут студенты
в процессе обучения. Учебно-методический комплекс является основным руководством при изучении дисциплины.
2 Нормативные ссылки
Настоящая программа дисциплины «Прикладная теория информации» устанавливает порядок организации учебного процесса по данной дисциплине в соответствии с требованиями и рекомендациями следующих документов:
 Каталога элективных дисциплин для специальности 5В070200 - «Автоматизация и
управление»
 Государственный общеобразовательный стандарт образования специальности
5В070200 - «Автоматизация и управление», ГОСО РК №1080, утвержденный
23.08. 2012 г.

СТУ 042-ГУ-4-2013 Стандарт университета «Общие требования к разработке и оформлению учебно-методических комплексов дисциплин»;

ДП 042-1.01-2013 Документированная процедура «Структура и содержание учебно-методических комплексов дисциплин».
3 Общие положения
3.1 Краткое содержание дисциплины
Цель преподавания дисциплины – изучение студентами необходимых теоретических основ теории информации, методов и средств сбора, передачи и обработки
информации; ознакомление студентов с основными процессами, происходящими
при преобразовании сообщений в сигнал и их передачи по каналам и линиям связи;
освоение студентами общих вопросов построения систем сбора, передачи и обработки информации; выработка практических навыков теоретического и экспериментального исследования типовых систем сбора, передачи и обработки информации.
В результате изучения дисциплины студент должен получить теоретические
знания, практические умения и навыки в области анализа и синтеза систем автоматизации, владеть методами исследования сложных технологических процессов с использованием современных средств вычислительной техники; выработки алгоритма
управления, обеспечивающих качественное функционирование технических систем.
4
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 5 из 16
3.2 Результаты обучения
В результате изучения дисциплины студенты должны:
 знать основные понятия теории информации, модели информации по
Хартли и по Шеннону, модели дискретных каналов связи, принципы эффективного кодирования информации, прямые и обратные теоремы Феннона о пропускной способности каналов связи без помех и с помехами, основы теории помехоустойчивого кодирования и его применения в информационной технике.
 уметь использовать методы статистической теории информации для расчета количества информации, скорости передачи информации и пропускной
способности дискретного канала без помех и с помехами; синтезировать
оптимальные коды; рассчитывать коэффициент избыточности кодов; применять методы построения и декодирования помехоустойчивых кодов;
синтезировать кодирующие и декодирующие устройства помехоустойчивых кодов.
Пререквизиты курса:
 Электроника
Постреквизиты курса:

Микропроцессорные комплексы в системах управления;
Информационно – управляющие системы
Выписка из рабочего учебного плана
Таблица 1
Курс
3
Семестр Кредиты
5
3
Лекции
СПЗ
ЛЗ
СРСП
час.
час.
час.
час.
15
15
15
23,5
СРС.
67,5
Форма
итогового
контроля
Экзамен
4 Содержание учебной дисциплины (модуля)
Рабочая программа дисциплины для преподавателя включает полное
содержание вопросов, тем и разделов, распределение часов по видам занятий.
Рабочая программа дисциплины для преподавателя представлена в табл.2
5
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Таблица 2.
Наименование тем и их содержание
1
Лекционные занятия
Модуль 1
Лекции
Понятие информации. Основные понятия и определения. Систематическая, синтаксическая и прагматическая информация.
Понятие сигнала и его модели. Общая характеристика сигнала. Формы
представления детерминированных сигналов. Временная форма представления сигнала. Частотная форма представления сигнала.
Спектральная плотность детерминированного сигнала Спектры периодических сигналов. Спектры непериодических сигналов. Энергия спектра.
Практическая ширина спектра сигнала
Лабораторные занятия
Изучение временного представление сигналов
Изучение частотного представления и спектров наиболее распространенных сигналов
Виды модуляции сигналов
Формирование сигналов связи в среде MatLab
Практические занятия
Спектры периодических сигналов. Спектры непериодических сигналов
Разложение функции в ряд Фурье. Дискретный спектр. Интегральные
преобразования Фурье. Спектральные характеристики сигнала
Страница 6 из 16
Количество
часов
2
3
1
1
1
6
1
1
2
2
4
2
2
1
Модуль 2
Лекции
Структурные меры информации. Аддитивная мера (мера Хартли). Статистические меры информации. Вероятность и информация. Энтропия как
мера неопределенности информации. Свойства энтропии. Условная энтропия и ее свойства Энтропия непрерывного источника сообщений (дифференциальная энтропия) и ее свойства. Количество информации как мера
снятой неопределенности
Информационные характеристики источника дискретных сообщений. Модели источника дискретных сообщений. Избыточность. Производительность источника дискретных сообщений.
Информационные характеристики дискретных каналов связи. Модели дискретных каналов связи. Скорость передачи по дискретному каналу связи.
Пропускная способность дискретного канала без помех. Пропускная способность дискретного канала связи с помехами
Информационные характеристики непрерывных каналов связи. Скорость
передачи информации по непрерывному каналу связи. Пропускная способность непрерывного канала связи.
2
4
1
1
1
1
6
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 7 из 16
Практические занятия
Энтропия как мера неопределенности информации. Свойства энтропии.
Условная энтропия и ее свойства
Модуль3
Лекции
Дискретизация. Методы дискретизации информации. Критерии качества 1
восстановления. Методы дискретизации посредством выборок. Равномерная дискретизация. Теорема Котельникова. Теоретические и практические
аспекты применения теоремы Котельникова.
Квантование сигналов. Шум квантования. Квантование сигналов при 1
наличии помех. Уровни квантования
Практические задания
Равномерная дискретизация. Теорема Котельникова
Лабораторные занятия
Амплитудная модуляция при гармонической несущей и ее
свойства
Модуль 4
Лекции
Кодирование как процесс выражения информации в цифровом виде. Эф- 1
фективное кодирование. Основная теорема Шеннона о кодировании для
канала без помех
Методы эффективного кодирования некорреляционной последовательно- 1
сти символов (методики Шеннона-Фано Хаффмана). Требования префиксности эффективных кодов
Основная теорема Шеннона о кодировании для канала с помехами. Разно- 1
видности помехоустойчивых кодов.
1
Блоковые коды. Общие принципы использования избыточности. Связь
корректирующей способности кода с кодовым расстоянием. Геометрическая интерпретация блоковых корректирующих кодов. Показатели качества корректирующего кода.
Линейное кодирование. Принципы линейного кодирования. Блоковые коды. Многоуровневые коды. Манчестерский код. Код Миллера. Код Хемминга.
Обнаруживающие коды. Циклические коды. Технические средства кодирования и декодирования для циклических кодов. Итеративные коды.
Сверточные коды
Практические занятия
Методы эффективного кодирования некорреляционной последовательности символов (методики Шеннона-Фано Хаффмана). Требования префиксности эффективных кодов
Помехоустойчивое кодирование двоичных сообщений
Помехоустойчивое кодирование двоичных сообщений с использованием
кодов Хемминга Декодирование кодов Хемминга
Помехоустойчивое кодирование двоичных сообщений с использованием
4
2
1
2
2
6
2
1
1
1
6
2
1
1
1
7
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
циклических кодов
Декодирование циклических кодов
Лабораторные занятия
Разделение каналов при передаче информации
Влияние помех на передачу сигналов
Общие средства фильтрации
Проектирование фильтров
Страница 8 из 16
1
7
2
2
1
2
5 Перечень тем для самостоятельной работы студентов
Тема 1.
1. Современные проблемы теории информации.
2.Разновидности информационных систем и тенденции их развития.
3.Этапы обработки информации
Тема 2.
1.Сбор и передача информации.
2.Преобразование аналогового сигнала в цифровой.
3.Процесс передачи цифровых сигналов
4.Информационные параметры сообщений и сигналов.
Тема №3
1.Характеристики систем связи
2.Современные коммуникации
3.Развитие коммуникационных технологий
Тема №4
1.Помехи и искажения в канале.
2.Теорема кодирования для канала с помехами.
3.Защита от помех измерительной аппаратуры
Тема №5
1.Классификация кодов по различным признакам.
2.Свойства статистических кодов и их применение для передачи информации.
3.Методы повышения эффективности и обеспечения верности передачи информации.
4.Основные параметры и характеристики кодов
Тема № 6
1.Классификация методов фильтрации.
2.Частотная фильтрация.
3.Метод накопления.
4.Критерий верности оптимального приема
5. Оптимальный прием дискретных сигналов. Методы фильтрации помех.
8
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 9 из 16
6 Учебно-методическая карта по дисциплине
Таблица 3-Учебно-методическая карта по дисциплине
Лекционного
занятия
Понятие информации. Основные
понятия и определения. Систематическая, синтаксическая и прагматическая информация.
Понятие сигнала и
его модели. Общая характеристика сигнала.
Формы представления детерминированных сигналов. Временная
форма представления сигнала.
Частотная форма
представления
сигнала.
Спектральная
плотность детерминированного
сигнала Спектры
периодических
сигналов. Спектры непериодических
сигналов.
Энергия спектра.
Практическая
ширина спектра
сигнала
Тема
ПрактичесЛабораторного
кого
занятия
занятия
Наглядные
пособия,
ТСО,
плакаты,
лаборатор
ный
стенд
компьюте
р,
программ
ы
Понятие сигнала и
его модели. Общая
характеристика сигнала. Формы представления детерминированных сигналов. Временная форма представления
сигнала. Частотная
форма представления
сигнала.
Спектральная
плотность детерминированного сигнала
Спектры
периодических
сигналов.
Спектры непериодических
сигналов.
Энергия спектра. Практическая ширина
спектра сигнала
Вопросы
для
самостоятель
ного
изучения
Форма
контроля
Изучение
различных
видов
информации
конспект
Построение
Отчет,
модели сиг- конспект
налов
Получение и Отчет,
изучение
реферат,
спектров
конспект
сигналов
Случайный процесс как модель
сигнала. Веро-
Построение
Отчет
моделей
сигналов
с
9
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Разложение функции в ряд Фурье.
Дискретный спектр.
Интегральные преобразования Фурье.
Спектральные характеристики сигнала. Особенности
спектрального
представления
сигналов,
являющихся случайными
процессами.
Структурные меры информации.
Геометрическая
мера.
Комбинаторная мера. Аддитивная
мера
(мера
Хартли).
Статистические
меры
информации. Вероятность
и
информация.
Энтропия как мера неопределенности информа-
Структурные меры
информации. Геометрическая мера.
Комбинаторная
мера. Аддитивная
мера (мера Хартли).
Статистические
меры информации.
Вероятность и информация. Энтропия как мера неопределенности
информации. Свойства
энтропии.
Редакция № 1 от _______
ятностные
характеристики
случайного процесса. Стационарный и эргодический
случайные процессы. Спектральное и частотное
представления
случайных процессов
Разложение
функции в ряд
Фурье.
Дискретный спектр.
Интегральные
преобразования
Фурье.
Спектральные характеристики сигнала. Особенности спектрального представления сигналов,
являющихся
случайными
процессами.
Исследование
спектров периодических сигналов
Исследование
спектров непериодических
сигналов
Страница 10 из 16
различными
свойствами
Разложение
Отчет,
моделей
реферат
сигналов на
элементарны
е сигналы
Спектры
периодическ
их сигналов
Отчет
Спектры
непериодиче
ских
сигналов
Энтропия по
Хартои,
энтропия по
Шеннону,
совместная
энтропия,
условная
энтропия
Отчет
Отчет,
реферат,
конспект
10
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
ции.
Свойства
энтропии. Условная энтропия и ее
свойства
Методы дискретизации
посредством
выборок.
Равномерная дискретизация. Теорема Котельникова. Теоретические
и
практические
аспекты применения теоремы Котельникова. Дискретизация
по
критерию
наибольшего отклонения.
Квантование сигналов. Шум квантования. Квантование
сигналов
при наличии помех. Уровни квантования
Редакция № 1 от _______
Страница 11 из 16
Условная энтропия
и ее свойства
Методы дискретизации посредством
выборок.
Равномерная дискретизация. Теорема Котельникова. Теоретические и практические
аспекты
применения теоремы Котельникова.
Дискретизация по
критерию
наибольшего
отклонения.
Получение
Отчет,
цифрового
реферат,
сигнала
из конспект
аналогового
Получение
Отчет,
цифрового
реферат,
сигнала
из
конспект
аналогового
Исследование
дискретных
представлений
сигналов
Получени
Отчет
аналогового
сигнала
из
дискреизиро
ванного
Получение
реферат,
алфавита
конспект
дискретных
сообщений
Анализ
точности
кретных
щений
ИсследоваОтчет
ние алфавита
дискретных
сообщений
Информационные
характеристики
источника
дискретных сообщений. Модели источника дискретных сообщений.
Избыточность.
Производительность источника
дискретных
сообщений.
избыдиссооб-
11
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Эффективное
кодирование
дискретных сообщений
Информационные
характеристики
дискретных каналов связи. Модели
дискретных каналов связи. Скорость передачи по
дискретному каналу связи. Пропускная способность дискретного
канала без помех.
Пропускная способность дискретного канала связи
с помехами
Кодирование как
процесс выражения информации в
цифровом виде.
Эффективное кодирование.
Основная
теорема
Шеннона о кодировании для канала без помех
Страница 12 из 16
Изучение
кодов
Изучение
Конспект,
пропускной
реферат
способности
дискретных
каналов
связи
без
помех
Методы
и Конспект,
правила
реферат
получения
кодов
Методы эффективного кодирования
некорреляционной
последовательности символов (методики ШеннонаФано Хаффмана).
Требования
префиксности эффективных кодов
Изучение
методик
кодирования
Исследование
методов эффективного кодирования источников дискретных
сообщений
Блоковые коды.
Общие принципы
использования
избыточности.
Отчет
Отчет,
реферат
Отчет
Изучение
блоковых
кодов
Конспект
12
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Связь корректирующей способности кода с кодовым расстоянием. Геометрическая интерпретация
блоковых
корректирующих
кодов. Показатели
качества корректирующего кода.
Линейное кодирование.
Принципы линейного
кодирования.
Блоковые коды.
Многоуровневые
коды. Манчестерский код.
Код
Миллера.
Код
Хемминга.
Обнаруживающие
коды.
Примеры
обнаруживающих
кодов
Построение циклических кодов.
Технические
средства кодирования и декодирования для циклических
кодов.
Итеративные коды. Сверточные
коды
Исправление одиночных или обнаружение двойных
ошибок. Обнаружение
ошибок
кратности три и
ниже.
Методы
образования циклического
кода.
Матричная запись
циклического кода. Укороченные
циклические коды. Мажоритар-
Редакция № 1 от _______
Страница 13 из 16
Изучение
линейных
кодов
Изучение
обнаружива
ющих кодов
Изучение
циклических
кодов
Конспект,
реферат
Обнаружени Конспект
е ошибок при
избыточном
кодировании
13
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 14 из 16
ное декодирование циклических
кодов.
Циклические коды
для обнаружения и
исправления пакетов ошибок. Коды
Файра,
РидаСоломона,
РидаМиллера.
Выбор
образующего многочлена для построения
кода
Файра,
РидаСоломона,
РидаМиллера. Декодирование
кодов
Файра. Коды БоузаЧоудхуриХоквинхема. Математическое введение. Построение
и реализация кодов
Циклические
коды для обнаружения и исправления пакетов
ошибок.
Коды
Файра,
Рида-Соломона,
Рида-Миллера.
Выбор образующего
многочлена для построения
кода
Файра,
РидаСоломона, РидаМиллера. Декодирование кодов
Файра.
Коды
Боуза-ЧоудхуриХоквинхема.
Изучение
циклических
кодов
Итерактивные
коды. Классические итерактивные коды. Специальные двухстепенные и многостепенные коды.
Технические
средстива кодирования и декодирования итерактивных кодов
Отчет,
реферат
Конспект
Помехоустойчивое
кодирование двоичных сообщений с
использованием
кодов Хемминга
Декодирование
кодов Хемминга
Помехоустойчивое
кодирование двоичных сообщений с
использованием
циклических кодов
Декодирование
циклических кодов
Построение
кодов
Отчет
14
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 15 из 16
7 Карта обеспеченности учебно-методической литературой.
Таблица 4
Наименование
№
учебников и
Кол–во
п/п учебно – методических пособий Экз.
1
1.
2.
3.
2
Кол–во Процент
Студен- обеспечентов
ности
3
4
5
Основная литература
Овсянников А.С. Теория информа10
ции. Компъютерный конспект лекций, СГАУ, 2002, 120с.
Дмитриев В.И. Прикладная теория
информации: Учеб. для студ. вузов, - 10
M,: Высшая школа, 1989, 320 с.
Бернард Скляр. Цифровая связь. Тео- 7
ретические основы и практическое
применение = Digital
Communications: Fundamentals and
Applications. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 1104 с
7
100
7
100
7
100
Примечание
6
Дополнительная литература
1.
2.
3.
4.
Куликовский Л.Ф., Мотов В.В. Теоретические основы информационных
процессов: Учебное пособие для вузов.-М.:Высш.шк.,1987.-248с.
10
Основы передачи дискретных сообщений: Учебник для вузов/ Ю.П. 8
Куликов, В.М. Пушкин и др.: Под
ред. В.М. Пушкина. - М.: Радио и
Связь, 1992.
Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с
англ. / Под ред. Д. Д. Кловского. —
М.: Радио и связь, 2000.
5
Передача дискретных сообщений.
Учебник для вузов/Под ред.
В.П.Шувалова.- М.:Радио и
связь,1990,с.146-155.
5
15
УМКД 042-18-11.1.20.__/01-2013
Редакция № 1 от _______
Страница 16 из 16
8 Литература
8.1.Основная:
8.1.1.Овсянников А.С. Теория информации. Компъютерный конспект лекций,
СГАУ, 2002, 120с.
8.1.2.Дмитриев В.И. Прикладная теория информации: Учеб. для студ. вузов, - M,:
Высшая школа, 1989, 320 с.
8.1.3 Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение = Digital Communications: Fundamentals and Applications. — 2-е изд. — М.: Вильямс, 2007. — 1104 с
8.2. Дополнительная:
8.2.1Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 2000.
8.2.2.Куликовский Л.Ф., Мотов В.В. Теоретические основы информационных процессов: Учебное пособие для вузов.-М.:Высш.шк.,1987.-248с.
8.2.3.Основы передачи дискретных сообщений: Учебник для вузов/ Ю.П. Куликов,
В.М. Пушкин и др.: Под ред. В.М. Пушкина. - М.: Радио и Связь, 1992.
8.2.4.Передача дискретных сообщений. Учебник для вузов/Под ред. В.П.Шувалова.М.:Радио и связь,1990,с.146-155.
16