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.

 

 

 

Процедура оцінювання

 

Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. 

Здобувачі протягом семестру готуються до лекційних та практичних занять, виконують модульну контрольну роботу яка оцінюється у 100 балів:

Оцінка за виконання лабораторних робіт (1 – 11) – 40 балів. Термін надання виконаних робіт – до 11 тижня.

МКР1 – 60 балів (12 тиждень). 

Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач за всі виконані види робіт – 100 балів. Підсумковий контроль має форму усного екзамену за екзаменаційними білетами.

 

 

Умови допуску до підсумкового контролю

 

До екзамену допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни на не менш, ніж на 60 %.

 

Екзамен відбувається за всіма тематичними (змістовними) модулями дисципліни.

 

Складання/перескладання екзаменів організується за встановленим деканатом розкладом.

 

 

Підсумковий контроль 

 

Оцінювання відбувається за 100-бальною системою. 

Шкали оцінювання та визначення відповідності якості навчання до оцінювання відповіді наведено в таблиці 1.

 Оцінка якості засвоєння дисципліни та її окремих елементів проводиться відповідно до таблиці, в якій приведені європейська, 100-бальна і державна шкали.

Екзаменаційний білет з дисципліни складається з двох частин: теоретичної та практичної.

Бали розподіляються наступним чином: 60 балів – теоретична частина та 40 балів – практична.

Теоретична частина містить 4 питання рівної складності, практична – одну задачу.

Мінімальна кількість балів, що зараховується як позитивний результат, дорівнює 60.

За бездоганну відповідь на кожне теоретичне питання студент отримує – 15 балів. При цьому відповідь вважається бездоганною, якщо студент повністю розкрив суть питання, послідовно і логічно його доповів, навів приклади, проілюстрував відповідь необхідною і достатньою кількістю записів, графіків, формул, схем; зробив посилання на відповідні літературні джерела; відповів на всі додаткові неординарні запитання викладача.

За неповні відповіді, нечіткі відповіді; виправлення відповіді при наведенні додаткових запитань; виправленні відповіді при навідних питаннях при володінні студентом термінологією та середнім знанням предмета оцінка може бути зниженою від 5 до 10 балів.

 

Таблиця 1 – Шкали та критерії оцінювання

 

 

Якщо відсутні розрахункові схеми чи необхідні рисунки – оцінка може бути зниженою на 5 до 7 балів.

Якщо відповідь відсутня – вона не зараховується.

За бездоганне виконання завдання практичної частини студент отримує – 40 балів. 

Завдання практичної частини іспиту вважається виконаним бездоганно, якщо при його розв’язанні отримана правильна відповідь, послідовно і логічно викладено рішення, зроблені всі необхідні графіки, схеми чи рисунки. 

Оцінка при розв’язанні задачі може бути знижена на

- 1 бал – за кожен недолік;

- 2 бали – за кожну не    грубу помилку;

- 3 бали – за кожну грубу помилку.

Відповідь не зараховується, якщо вона відсутня чи студент відмовляється від відповіді на питання. При цьому помилки класифікуються наступним чином: 

- груба помилка

- наведено правильну відповідь при невірному ході рішення;

- відповідь правильна, але відсутнє рішення задачі;

- відсутня необхідна для пояснення рішення розрахункова схема;

- вибрані не вірні формули, але отримано правильний результат;

- негруба помилка

- відповідь не вірна, але приведено правильний хід розв’язання;

- відсутні або неправильно виконані необхідні рисунки;

- допущено помилки, які не вплинули на загальний хід розв’язання;

- відсутні або не правильно вказані розмірності величин;

- недолік

- відсутні або не правильно вказані розмірності величин;

- присутні термінологічні помилки;

- відсутні необхідні пояснення до записів формул;

- відсутні обґрунтування приведених або вибраних записів формул.

 

Політика освітнього процесу

 

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання; за необхідністю з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань, відвідувати консультації викладача. Дотримуватись принципів академічної доброчесності. 

 

Виконаний не свій варіант завдання здобувачем не оцінюється.

 

Робота, яка виконана після встановлених викладачем термінів, не приймається.

 

Відсутність здобувача на екзамені або на контрольній роботі відповідає оцінці «0».

 

Складання/перескладання екзаменів – за встановленим деканатом розкладом.

  

Під час лекції здійснювати телефонні дзвінки забороняється.

 

Заборонено використання будь-яких літературних джерел, конспектів лекцій, шпаргалок під час проходження модульних контролів з дисципліни.