РУП ЮУрГУ - Практикум по помехоустойч. кодированию

(2011 г.)

Министерство образования и науки Российской федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Технологии приборостроения»


УТВЕРЖДАЮ
Декан Физического факультета
……………………… Кундикова Н.Д.
«……….»…………………..2011 г.


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА


дисциплины СД.07        Вычислительные лабораторные работы по методам помехоустойчивого кодирования

для специальности          210101          – Физическая электроника
специализация                2101016503  – Аналитические аспекты приборостроения
направление подготовки 210100         – Электроника и наноэлектроника

Факультет                Физический
Кафедра-разработчик       Технологии приборостроения

Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и примерной программой дисциплины по направлению подготовки 210100 – Электроника и наноэлектроника – для специальности 210101 – Физическая электроника.


Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Технология приборостроения»

Протокол № ……… от   «…..» ……… 2011 года.


Зав. кафедрой-разработчика                д.ф.-м.н., проф. Березин В.М.

Разработчик программы                старш. преп. Горшков А.В.

Учёный секретарь кафедры                к.т.н., доц. Колмакова Н.С.

Челябинск
2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Выписка из ГОС

2. Учебная программа дисциплины «Вычислительные лабораторные работы по методам помехоустойчивого кодирования»
2.1. Пояснительная записка.
2.2. Содержание.
2.3. Литература.

3. Рабочая программа дисциплины «Вычислительные лабораторные работы по методам помехоустойчивого кодирования»
3.1. Тематический план
3.3. Планы лабораторных занятий.
3.3.1 Лабораторные работы
3.4. Организация самостоятельной работы.
3.4.1. Методические рекомендации.
3.4.3. Список тем исследовательских работ

Образовательная проблема, решаемая курсом: современные физические приборы и интеллектуальные датчики сопрягаются в измерительно-информационные комплексы, в которых линии передачи данных подвержены помехам разнообразного происхождения. Когда исчерпаны возможности ликвидации источников помех и возможности экранирования, остаётся только помехоустойчивое кодирование при передаче данных. Это направление в электронике и аналитическом приборостроении существующий набор учебных курсов не покрывает. Предлагаемый учебный курс направлен на формирование базовой компетенции учащихся в области методов помехоустойчивого кодирования.

1. ВЫПИСКА ИЗ ГОС

Требования к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки специалиста по специальности
ГОС 071400, ОКСО 210101 – Физическая электроника

В связи с отсутствием ГОС по дисциплине специальной подготовки «Вычислительные лабораторные работы по методам помехоустойчивого кодирования» для ОКСО 210101 разработчик вынужденно опирается на наиболее близкие по существу ГОС:
Индекс ЕН.Ф.02. для ОКСО 210100  «Электроника и наноэлектроника»
дисциплина Информатика:
… локальные и глобальные сети ЭВМ; … методы защиты информации…
Индекс СД.07 для ОКСО «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», дисциплина Сети ЭВМ и средства телекоммуникаций:
Основные разделы: … аппаратные  средства телекоммуникации;  … обеспечение безопасности телекоммуникационных связей …

2. УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ «Вычислительные лабораторные работы по методам помехоустойчивого кодирования»

2.1. Пояснительная записка.

Дисциплина «Вычислительные лабораторные работы по методам помехоустойчивого кодирования» изучается в … семестре. Из общего объёма 72 часа – 36 часов аудиторных занятий, 36 часов самостоятельной работы. Из расчёта 1 болонская зачётная единица = 36 часов аудиторных занятий успешное освоение курса эквивалентно 1-й зачётной единице.

Формы аудиторных занятий – компьютерные лабораторные работы 36 часов.

Формы контроля – проверка посещения, текущий опрос, проверка лабораторных работ, дифференцированный зачёт.

Требуемое оснащение – компьютерный класс, оснащённый программным обеспечением с электронными таблицами и средами программирования.

Объём дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы Всего часов Распределение по  семестрам
… -й семестр
Общая трудоёмкость дисциплины 72 72
Аудиторные занятия 36 36
Лекции (Л)
Лабораторный практикум (ЛП) 36 36
Самостоятельная работа студентов (СРС) 36 36
Курсовая работа (проект)
Вид итогового контроля Зачёт зачёт
Объём работы в соответствии с ГОС и учебным планом 72 72

Целью дисциплины является приобретение студентами знаний, умений и навыков применения методов помехоустойчивого кодирования для применения в изделиях наноэлектроники, интеллектуальных датчиках, шинах передачи данных и сетях автоматических физических приборов.

Требования к знаниям, умениям и навыкам, приобретаемым студентами в процессе изучения этой дисциплины, соответствуют квалификационной характеристике выпускника физического факультета университета и включают, в соответствии с ГОС 071400:
– знание основных понятий,  принципов, законов и методов, применяемых при построении устройств и сетей помехоустойчивой передачи данных;
– умение применять теоретические знания для решения типичных задач выбора алгоритма и параметров устройств помехоустойчивой передачи данных;
– навык  расчётов характеристик по параметрам и оптимизации параметров по заданным характеристикам; программирования типовых вычислительных задач помехоустойчивого кодирования.

3. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО МЕТОДАМ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ»

3.1. ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ,

№ Тема Лекционных часов Лабо-ратор-ных работ Прак-тичес-ких работ Само-стоя-тель-ное чтение, реше-ние и твор-чество

1 Энтропия и пропускная способность 1 2
2 Обобщённая теорема кодирования и скорость кода 1 2
3 Чувствительность манипуляций к помехе 1 2
4 Моделирование ошибки кодека при манипуляциях 1 2
5 Бракующие кодеки 2 2
6 Граничные параметры помехоустойчивых кодов 2 2
7 Противоинверсные кодеки 2 2
8 Однопороговые мажоритарные кодеки 2 2
9 Ортогональный МДКР 2 2
10 Шумоподобный МДКР 2 2
11 «Телеграфный» кодек 2 2
12 Кодек Хэмминга 2 2
13 Помехоустойчивая локация 2 2
14 Низкоплотные и слайд-кодеки 2 2
15 Циклический кодек 2 2
16 Многопороговый мажоритарный итеративный кодек 4 2
17 Проекционный итеративный кодек 2 2
18 Свёрточный кодек 4 2
ВСЕГО  72 часа, в том числе 36 36

3.3. ТЕМАТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

1. Сравнение энтропий Больцмана и Шеннона в частном случае испытаний Бернулли и вычисление пропускной способности ДДСК с жёстким решением декодера.
2. Обобщённая основная теорема кодирования и вычисление предельной скорости кода и скорости приёма информации в зависимости от энтропий воздействия, текста и результата декодирования.
3. Вычисление вероятности ошибки АЦП при некоторых видах манипуляции и помехи.
4. Моделирование методом Монте-Карло вероятности ошибки ЦАП-АЦП (кодека) при некоторых видах манипуляции и помехи.
5. Моделирование простейших бракующих кодеков методом Монте-Карло.
6. Вычисление граничных параметров помехоустойчивых кодов по теоремам Хэмминга, Варшамова–Гильберта, Синглтона.
7. Моделирование противоинверсных кодеков методом Монте-Карло.
8. Простой однопороговый мажоритарный (нечётных повторов) исправляющий кодек Шиллинга–Харкевича–Блоха и каскадный мажоритарно-противоинверсный кодек (моделирование методом Монте-Карло).
9. Моделирование ортогонального МДКР Агеева в каналах с помехой методом Монте-Карло.
10. Моделирование шумоподобного МДКР Агеева–Райса в каналах с помехой методом Монте-Карло.
11. «Телеграфный» помехоустойчивые исправляющие кодер (7;3) и сравнение вариантов декодера (моделирование методом Монте-Карло).
12. Моделирование кодека Фишера–Хэмминга–Афанасьева методом Монте-Карло.
13. Моделирование однолучевой помехоустойчивой локации методом Монте-Карло.
14. Моделирование блочного двумерного кода Элайеса, Галлагера, слайд-кода Элайеса методом Монте-Карло.
15. Моделирование примера циклического кода методом Монте-Карло.
16. Моделирование мажоритарного многопорогового декодера Золотарёва методом Монте-Карло.
17. Моделирование недвоичного проекционного итеративного кодека Горшкова методом Монте-Карло.
18. Моделирование свёрточных кодеков Финка–Шляпоберского–Хагельбергера, Элайеса–Килмера с декодером Виттерби методом Монте-Карло.

2.3. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ, РЕКОМЕНДУЕМОЙ УЧАЩИМСЯ

1. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М.: «Наука». 1965. С.276.
2. Соловьёва Ф.И. Введение в теорию кодирования. Новосибирск, 2006. 124 с.
3. Морелос-Сарагоса Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М.:  «Техносфера». 2005.
4. Золотарёв В.В., Овечкин Г.В. Помехоустойчивое кодирование. Методы и алгоритмы: Справочник./Под ред. чл.-корр. РАН Ю.Б. Зубарева. М.: «Горячая линия – Телеком», 2004. 126с.
5. Золотарёв В.В. Теория и алгоритмы многопорогового декодирования. М.: Радио и связь, 2006.
6. Золотарёв В.В. Многопороговые декодеры для систем связи с предельно малой энергетикой сигнала.
7. Гоппа В.Д. Введение в алгебраическую теорию информации. М.: Физматлит, 1995. 112 с. [в т.ч. молекулярно-биологические]
8. Варгаузин В. Вблизи границы Шеннона. // Телемультимедиа. 2005. Июнь.
9. Золотарёв В.В. Субоптимальные многопороговые декодеры для канала с большим уровнем шума.
10. Кулик И.А., Супрун А.В., Голофост И.В. Мажоритарное использование помехоустойчивых кодов. // СМКЭС-2004. С.63-64. 2004.
11. Зубарев Ю.Б., Золотарёв В.В., Овечкин Г.В. Обзор методов помехоустойчивого кодирования с использованием многопороговых алгоритмов. // Цифровая обработка сигналов. 2008. №1.
12. Золотарёв В.В., Овечкин Г.В. Эффективные алгоритмы помехоустойчивого кодирования для цифровых систем связи. // Электросвязь. 2003. №9. с.34.
13. Мак-Вильямс Ф.Дж.А., Слоэн Н.Дж.А. Теория кодов, исправляющих ошибки. / Пер. с англ. М.: Связь, 1979. 744 с.
14. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. / Пер. с англ. М.: Мир, 1976. 594 с.
15. Агеев Д.В. Основы теории линейной селекции шумоподобных сигналов. 1935. // Дипл. раб.
16. Агеев. Д.В. Основы теории линейной селекции [ортогональное разделение] // Научно-техн. сб. Ленингр. электротехн. ин-та связи. 1935. №10.
17. Агеев Д.В. Линейные методы селекции и проблема пропускной способности эфира [для частотного канала]: Дис....канд. техн. наук. 1937, опубл. 1939.
18. Шеннон К. Математическая теория связи. // В сб.: Работы по теории информации и кибернетике. М.: ИИИЛ, 1963.
19. Хемминг Р.В. Теория информации и теория кодирования. М.: Радио и связь, 1983.
20. Фано Р.М. Передача информации: статистическая теория связи. М.: Мир, 1965.
21. Марков А.А. Введение в теорию кодирования. М.: Наука, Физматлит, 1982.
22. Галлагер Р.Г. Теория информации и надёжность связи. М: Советское радио, 1974.
23. Финк Л.Н. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Советское радио, 1970.
24. Каган Б.Д., Финк Л.М. Метод последовательного приёма в целом, для кодов, допускающих мажоритарное декодирование. // Электросвязь, 1967. №1. С.14-22.
25. Колесник В.Д., Мирончиков Е.Т. Декодирование циклических кодов. М.: Связь, 1968. 252 с.
26. Рюмшин К.Ю. Особенности построения и анализа турбокодов. // Сборник трудов международной конференции "Актуальные проблемы современной науки". Самара, СамГТУ, сентябрь 2003. Секция радиотехники.
27. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. М.: Радио и связь, 1987.
28. Кузьмин И.В. Основы теории информации и кодирования. Минск:  Вышейшая школа,1986.
29. Кассами Т. Теория кодирования. М.: Мир, 1978.
30. Аршинов М.Н., Садовский Л.Е. Коды и математика (рассказы о кодировании). М.: Наука, 1983. 144 с.
31. Берлекэмп Э.Р. Алгебраическая теория кодирования. М.: Мир, 1971. 477 с.
32. Блэйхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. / Пер. с англ. М.: Мир, 1986. 576 с.
33. Блох Э.Л., Харкевич А.А. [перемежение и независимость помех] // Электросвязь. 1960. №9.
34. Харкевич А. А. Избранные труды. Т. 1 и 3. - М.: Наука, 1973.
35. Блох Э.Л. Помехоустойчивость систем связи с переспросом. 1963.

3.4. ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

3.4.1. Методические рекомендации

Формы самостоятельной работы:
1. Чтение рекомендованной литературы, журналов, а также поиск в Internet.
2. Решение домашних задач, заблаговременное выполнение лабораторных работ.
3. Выполнение лабораторных заданий повышенной трудности.
5. Исследовательская работа под руководством автора курса (по желанию).

3.4.2. СПИСОК НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ТЕМ

1. Сравнение древовидной, аморфно-соседской 2-мерной, свободной топологий сетей по чувствительности к выходу из строя каналов.
2. О возможности исправления всех ошибок, если сообщения значительно неравновероятны.
3. О расширении границы Хэмминга в случае разделимых кодов.
4. Об исправляющих свойствах зеркального кода, известного ранее как только бракующий.
5. О преимуществах неравного деления пространства Хэмминга на решающие области.
6. О преимуществах критерия «средняя верность» перед критерием «гарантированная исправляющая способность» в грязных каналах.
7. Уточнение объёма шара (большого и малого) в пространстве Хэмминга (большом и малом, двоичном и недвоичном).
8. Исследование математических свойств энтропии в определении Больцмана, обоснование преимуществ его перед энтропией в определении Шеннона.
9. Моделирование 3- и многомерных вариантов блочного кода Элайеса, исследование свойств.
10. Моделирование мажоритарно-разностного свёрточного кодека Горшкова, исследование свойств.
11. Моделирование применения энтропийного критерия предпочтения путей на краю декодера Виттерби и подобных.


(2011 г.)