Mismatch capacity characterizes the highest information rate for a channel under a prescribed decoding metric, and is thus a highly relevant fundamental performance metric when dealing with many practically important communication scenarios. Compared with the frequently used generalized mutual information (GMI), the LM rate has been known as a tighter lower bound of the mismatch capacity. The computation of the LM rate, however, has been a difficult task, due to the fact that the LM rate involves a maximization over a function of the channel input, which becomes challenging as the input alphabet size grows, and direct numerical methods (e.g., interior point methods) suffer from intensive memory and computational resource requirements. Noting that the computation of the LM rate can also be formulated as an entropy-based optimization problem with constraints, in this work, we transform the task into an optimal transport (OT) problem with an extra constraint. This allows us to efficiently and accurately accomplish our task by using the well-known Sinkhorn algorithm. Indeed, only a few iterations are required for convergence, due to the fact that the formulated problem does not contain additional regularization terms. Moreover, we convert the extra constraint into a root-finding procedure for a one-dimensional monotonic function. Numerical experiments demonstrate the feasibility and efficiency of our OT approach to the computation of the LM rate.


翻译:与经常使用的通用互换信息相比,LM率被称作是错配能力较窄的下限。然而,LM率的计算是一项艰巨的任务,因为LM率涉及对频道输入功能的最大化,而LM率随着输入字母大小的增长而变得具有挑战性,直接数字方法(如内点方法)受到大量记忆和计算资源要求的影响,直接数字方法(如内点方法)受到大量记忆和计算资源要求的影响。我们注意到,LM率的计算也可以被设计成一个带有限制的基于通缩的优化问题,在这项工作中,我们把LM率的计算工作转变为一个具有额外制约的最佳运输(OT)问题。这使我们能够通过使用众所周知的Sinkhorn算法高效率和准确地完成我们的任务。事实上,由于所拟订的问题并不包含额外的正规化条件,因此只需要很少的重复,直接数字方法(如内部点方法)受到严格的记忆和计算性资源要求。我们注意到,LM率的计算也可以将LM率的计算方法发展成一个有限制,而我们把效率的顶级方法转变为一个顶级标准。

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