Теорія інформації та кодування

Мета дисципліни
сформувати у студентів розуміння ефективного застосування процесу кодування інформації у
різноманітних умовах її передачі, а також вимірювання кількості інформації, яку несуть в собі
повідомлення.

Завдання дисципліни: 
вивчення основних способів вимірювання кількості інформації та оцінки інформаційних втрат в каналі зв’язку; різноманітних алгоритмів кодування повідомлень для ефективної та надійної передачі, збереження та подальшого їх опрацювання
 
 
Основні результати навчання
 
Знати теорію та методи фундаментальних та загальноінженерних наук в об’ємі необхідному для розв’язання спеціалізованих задач та практичних проблем у галузі професійної діяльності.
 
Здатність знаходити, оцінювати і використовувати інформацію з різних джерел, необхідну для розв’язання професійних завдань, включаючи відтворення інформації через електронний пошук.
 
У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен знати: 
∙ моделі сигналів і каналів, що використовуються у інформаційних системах передачі та добування інформації; 
∙ типову структуру систем обміну інформацією; роль і місце основних функціональних елементів та процесів в цих системах з точки зору захисту інформації; 
∙ основні положення теорії інформації, методів оцінки інформаційних характеристик джерел повідомлень та каналів передачі інформації; 
∙ основні положення теорії та методів економного і завадостійкого кодування повідомлень; 
∙ основні методи передачі повідомлень, види модуляції і характеристики сигналів, що при цьому застосовуються, а також способи їх оптимальної обробки (розрізнення); 
∙ принципи побудови та функціонування багатоканальних і багатостанційних систем передачі інформації; перспективи їх розвитку; 
∙ показники якості інформаціно-комунікаційних систем; 
уміти: 
∙ обирати параметри АЦП для представлення аналогових сигналів у цифровій формі; 
∙ використовувати положення теорії інформації для розрахунків інформаційної ємності та продуктивності джерел, їх надлишковості, пропускної здатності каналів і швидкості передачі інформації в них; 
∙ застосовувати основні положення теорії та методи економного і завадостійкого кодування повідомлень для вибору параметрів кодів і оцінки їх завадостійкості; 
∙ кодувати і декодувати інформаційні повідомлення, використовуючи методи побудови найбільш поширених завадостійких кодів; 
∙ аналізувати основні методи передачі повідомлень, види модуляції та характеристики сигналів, що при цьому застосовуються, і способи їх оптимальної обробки; 
∙ розраховувати потенційну завадостійкість систем і методів передачі інформації; ∙ характеризувати основні принципи побудови систем передачі інформації та перспективи їх розвитку; та досягти наступних програмних результатів навчання: ПРз-2: здійснювати професійну діяльність на основі знань сучасних інформаційнокомунікаційних технологій; розробляти та аналізувати проекти ІТС базуючись на стандартизованих технологіях та протоколах передачі даних; застосовувати в професійній діяльності знання, навички та практики, щодо структур сучасних обчислювальних систем, методів і засобів обробки інформації, архітектури операційних систем; здійснювати захист ресурсів і процесів в ІТС на основі моделей безпеки (кінцевих автоматів, управління потоками, Bell-LaPadula, Biba, Clark-Wilson, та інші), а також встановлених режимів безпечного функціонування ІТС; виконувати аналіз програмного забезпечення з метою оцінки на відповідність встановленим вимогам інформаційної та/або кібербезпеки в ІТС. ПРз-3: забезпечувати процеси захисту інформаційно-телекомунікаційних (автоматизованих) систем шляхом встановлення та коректної експлуатації програмних та програмно-апаратних комплексів засобів захисту; забезпечувати функціонування спеціального програмного забезпечення, щодо захисту даних від руйнуючих програмних впливів, руйнуючих кодів в інформаційних, інформаційно-телекомунікаційних (автоматизованих) системах.
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
 
Л – лекційні заняття; СРЗ – самостійна робота здобувача вищої освіти; ЛЗ – лабораторні заняття – практична підготовка до й активна участь в обговоренні питань і виконанні завдань безпосередньо на занятті; К – консультації викладача, МКР – модульна контрольна робота.
 
 
Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень
Л1. Фізичні принципи побудови одноканальних і багатоканальних радіотехнічних систем передавання інформації.
ЛЗ 1. Моделювання методу кодового ущільнення каналів (CDMA) на основі перетворення Уолша-Адамара.
СРЗ. К.

2 тиждень
Л2. Засоби розділення каналів в сучасних системах передавання інформації.
Л3. Інформаційні характеристики джерел дискретних повідомлень та каналів зв’язку. 
ЛЗ 2. Дослідження ймовірнісних та інформаційних характеристик джерел дискретних повідомлень.
СРЗ. К

3 тиждень
Л4. Інформаційні характеристики джерел безперервних повідомлень. Принципи ефективного кодування. Арифметичне кодування. Кодування засобом «стопка книг».
ЛЗ 3. Дослідження інформаційних характеристик каналів зв’язку.
СРЗ. К

4 тиждень
Л5. Інформаційне узгодження джерела повідомлень з каналом зв’язку. Коди Шеннона-Фано та Гаффмана.
Л6. Корегуючи коди. Класифікація коригуючих кодів. Кодова відстань. Коригуюча здатність коду. Надмірність коду.
ЛЗ 4. Дослідження ефективних кодів Шеннона-Фано та Гаффмана. 
СРЗ. К

5 тиждень
Л7.  Межі коригуючих здатностей лінійних кодів. Коди Хеммінга. Декодування за методом синдрому.
ЛЗ 5. Арифметичні методи стиснення інформації.
СРЗ. К
 
 
6 тиждень
Л8.  Циклічні коди. Поля Галуа.
Л9.  Конструктивний опис циклічних кодів. Коди Боуза-Чоудхури-Хоквингема.
ЛЗ 6. Стиснення інформації за методом «Стопка книг».
СРЗ. К

7 тиждень
Л10.  Блокові коди та їхні властивості. Ортогональні коди. Коди максимальної довжини.
ЛЗ 7. Дослідження коду Лівенштейна.
СРЗ. К

8 тиждень
Л11. Мажоритарний метод декодуваня кодів максимальної довжини.
Л12.  Коди Рида-Маллера. Перетворення Уолша-Адамара.
ЛЗ 8. Дослідження коду Цезаря.
СРЗ. К

9 тиждень
Л13.  Коди Рида-Соломона. Згорткові коди.
ЛЗ 9. Дослідження корегувальних можливостей лінійних блокових кодів Хеммінга.
СРЗ. К

10 тиждень
Л14.  Алгоритм декодування згорткових кодів Вітербі.
Л15.  Канали зв’язку з замираннями. Код Фінка- Хагельбергера.
ЛЗ 10. Дослідження корегувальних можливостей лінійних блокових кодів Ріда-Соломона в каналах з пачковими помилками.
СРЗ. К

11 тиждень
Л16.  Блочні шифри. Мережі Файстеля.
ЛЗ 11. Дослідження Мережі Файстеля.
СРЗ. К

12 тиждень
МКР1.

Індивідуальна робота - Розрахунково-графічна робота

Завдання на розрахунково-графічну роботу видається на початку 8-го семестру.

Розрахунково-графічна робота має наступні цілі:
- закріплення основних теоретичних положень курсу, придбання навичок інженерного розрахунку інформаційних характеристик джерел повідомлень та каналів зв’язку, використання ЕОМ і прикладних програм для розрахунку завадостійкості багато-канальних систем передавання інформації.
Студентам   надається типове завдання при виконанні якого необхідно розрахувати багатоканальну  систему передавання інформації та вирішити наступні питання:
Вибір і обґрунтування методу ущільнення каналів;
Вибір діапазону робочих хвиль. Типи передавальних, прийомних і антено-фідерних пристроїв, їхні основні елементи і прилади. Види модуляції і їхні особливості.
Побудова кодеру коду Боуза-Чоудхури-Хоквингема;
Побудова мажоритарного декодеру коду Боуза-Чоудхури-Хоквингема;
 
Захист роботи виконується на 12 тижні
 
Самостійна робота
 
Самостійна робота складає 81 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт: підготовка до лекційних занять – 30 годин;  підготовка до лабораторних занять – 30 годин, підготовка до розрахунково-графічної роботи – 21 годин.