具体描述
《信息论与编码基础教程》主要介绍了信息的基本概念，信息论研究的对象、目的和内容，信息论发展简史； 介绍了信息论三个基本概念（信源熵、信道容量和信息论失真函数），以及相关的编码定理（信源编码、信道编码和安全编码）。各章配有相关习题，书后还提供了仿真实验。
《信息论与编码基础教程》注重基本概念，思路清晰、简单明了，用通俗易懂的文字解释其物理意义，并辅以一定的例题和图示说明。《信息论与编码基础教程》可作为普通高等院校电子信息类、通信工程、信息与计算科学及相关专业的本科高年级学生教材，也可作为从事信息科学与技术的科研人员和工程技术人员的参考用书。
《通信理论基石：信息、噪声与纠错》 在数字时代洪流之中，我们与信息无时无刻不在发生着深刻的交互。从手机传递的实时音视频，到云端存储的海量数据，再到无线网络的速度飞跃，这一切的背后，都离不开一套精妙的科学体系——通信理论。本书将引领您深入探索通信世界的底层逻辑，揭示信息在传递过程中所面临的挑战，以及人类为克服这些挑战所构建的智慧结晶。 第一部分：信息的度量与编码的奥秘 万事万物，皆有其“量”。信息，作为沟通的桥梁，也同样可以被精确地度量。我们将从信息的熵（Entropy）这一核心概念出发，理解信息的不确定性是如何量化的。您将了解到，一条信息的价值，并非取决于其内容的丰富程度，而在于它能够消除多少原有的不确定性。从简单的比特（bit）到更复杂的信息单位，我们将一同领略信息论的严谨与优雅。 随后，我们将目光转向编码（Encoding）。编码是信息传输的基石，它将原始信息转化为适合传输的比特序列。本书将详细介绍信源编码（Source Coding），也称为数据压缩，其目标是以尽可能少的比特数来表示原始信息，同时尽可能地保留信息的内容。您将接触到经典的有损编码，如JPEG（图像）和MP3（音频），了解它们如何在视觉和听觉的感知极限处进行优化；也将深入探讨无损编码，如Huffman编码和LZW编码，理解它们如何通过统计特性和模式匹配来压缩数据，实现高效存储和传输。 第二部分：通信的边界与噪声的挑战 信息的传递并非一帆风顺，噪声（Noise）如同潜伏在信道中的幽灵，时刻企图扭曲甚至吞噬我们精心编码的信息。在本部分，我们将聚焦于通信信道（Communication Channel）的建模，理解不同类型的信道（如加性高斯白噪声信道、二进制对称信道等）如何影响信息的可靠性。您将学习到香农信息论（Shannon Information Theory）的奠基性贡献，特别是香农信道容量（Channel Capacity）的概念。香农证明了，在给定噪声条件下，信息可以通过一个理论上的最大速率可靠地传输，而任何超过此速率的传输注定会失败。这将帮助我们理解通信系统的设计极限，以及为何某些通信方式在特定环境下表现优异。 我们将探讨有损信道编码（Channel Coding），也称为纠错编码。与信源编码相反，信源编码的目标是减少冗余，而信道编码则是有意地增加冗余，以便在接收端能够检测并纠正传输过程中引入的错误。您将深入了解线性分组码（Linear Block Codes），例如海明码（Hamming Codes），理解它们如何通过添加校验位来提供纠错能力。我们还将介绍卷积码（Convolutional Codes），以及更为先进的Turbo码（Turbo Codes）和LDPC码（Low-Density Parity-Check Codes），它们在现代通信系统中扮演着至关重要的角色，显著提升了通信的可靠性和效率。 第三部分：通信系统的实践与展望 在掌握了信息度量的原理和编码的艺术之后，我们将把目光投向更广阔的通信系统设计。本部分将结合前两部分的内容，探讨调制（Modulation）技术，即将数字信息转化为适合在物理信道上传输的模拟信号（如电波、光信号）的过程。您将了解诸如幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相移键控（PSK）和正交幅度调制（QAM）等基本调制方式，以及它们在不同通信场景下的应用。 我们将一同审视接收机（Receiver）的设计，理解它是如何从充满噪声的信号中提取出最可能原始信息序列的。最大似然检测（Maximum Likelihood Detection）和最大后验概率检测（Maximum A Posteriori Probability Detection）等先进的解码算法将帮助我们理解接收端是如何做出最优决策的。 最后，本书将引领您展望未来通信的趋势。从多输入多输出（MIMO）技术在提升数据吞吐量上的突破，到低延迟高可靠通信（URLLC）在5G乃至6G中的关键作用，再到信息论与机器学习的交叉融合，我们将一起探索通信科学的最新前沿，理解未来的通信网络将如何更智能、更高效地连接我们的世界。 本书旨在为对通信科学感兴趣的读者提供一个坚实的基础，无论您是电子工程、计算机科学的学生，还是希望深入了解数字通信原理的专业人士，都能从中获得启迪。通过对信息本质的探索、噪声干扰的理解以及纠错编码的掌握，您将能够更深刻地理解我们所处的数字时代是如何构建起来的，并为未来的技术发展打下坚实的基础。
作者简介
目录信息
第1章 绪论 1.1 信息论发展简史 1.2 信息论研究的目的和本书主要内容 1.3 信息论的概念及常用术语 1.4 通信系统的模型 小结 习题第2章 信源及信源熵 2.1 信源及分类 2.2 单符号离散信源 2.2.1 单符号离散信源的数学模型 2.2.2 自信息量 2.2.3 信源熵 2.2.4 信源熵的基本性质和定理 2.2.5 互信息量 2.2.6 数据处理中信息的变化 2.3 多符号离散信源 2.3.1 离散无记忆序列信源 2.3.2 离散有记忆平稳信源 2.3.3 马尔可夫信源 2.4 连续信源 2.4.1 连续信源熵 2.4.2 连续熵的性质 2.4.3 最大熵定理 2.5 冗余度 2.5.1 冗余度定义 2.5.2 冗余度来源 小结 习题第3章 信息率失真函数 3.1 基本概念 3.1.1 失真函数(失真度) 3.1.2 平均失真度 3.1.3 信息率失真函数R(D) 3.1.4 信息率失真函数的性质 3.2 离散信源的R(D)计算 3.3 连续信源的R(D)计算 小结 习题第4章 信源编码 4.1 数据压缩概述 4.2 无失真信源编码的基本原理 4.2.1 信源编码器 4.2.2 码的类型 4.2.3 基本概念 4.2.4 等长编码定理 4.2.5 变长编码定理 4.3 无失真信源编码方法 4.3.1 香农编码 4.3.2 费诺编码 4.3.3 哈夫曼编码 4.3.4 游程(Run-length)编码 4.3.5 算术编码 4.4 限失真信源编码定理 4.4.1 保真度准则下信源编码定理 4.4.2 信息、传输定理(联合有失真信源编码定理) 4.5 限失真信源编码方法 4.5.1 预测编码 4.5.2 变换编码 小结 习题第5章 信道及信道容量 5.1 信道分类 5.2 离散单符号信道及容量 5.2.1 数学模型 5.2.2 信道容量 5.3 离散序列符号信道及容量 5.4 信源与信道的匹配 5.5 连续信道及其容量 5.5.1 连续单符号加性信道 5.5.2 多维无记忆加性连续信道 5.5.3 加性高斯白噪声波形信道 小结 习题第6章 信道编码 6.1 信道编码概念 6.1.1 译码规则 6.1.2 编码规则 6.1.3 纠错编码的基本原理 6.2 线性分组码 6.2.1 线性分组码的编码 6.2.2 线性分组码的译码 6.2.3 汉明码 6.3 循环码 6.3.1 循环码的定义和结构 6.3.2 循环码的生成矩阵和校验矩阵 6.3.3 循环码的编码器 6.3.4 循环码的译码器 6.3.5 BCH码简介 6.4 卷积码 6.4.1 卷积码的基本概念 6.4.2 卷积码的生成矩阵与生成序列 6.4.3 卷积码的状态转移图与网格图 6.4.4 卷积码的译码概述 6.4.5 维特比译码算法 小结 习题第7章 密码技术 7.1 密码的基本知识 7.1.1 密码学简介 7.1.2 理想的保密性 7.2 信息加密技术 7.2.1 对称密码体制 7.2.2 公钥(非对称)密码体制 7.3 信息认证技术 7.3.1 信息认证算法 7.3.2 数字签名 7.4 网络通信的信息安全技术 7.4.1 密钥管理和分配 7.4.2 Internet的信息安全 小结 习题第8章 仿真实验 8.1 基础知识 8.1.1 MATLAB基本命令 8.1.2 Simulink的常用基本模块 8.2 实验 小结附录A 相关知识附录B 部分习题答案参考文献
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