Fundamental limitations or performance trade-offs/limits are important properties and constraints of control and filtering systems. Among various trade-off metrics, total information rate, which characterizes the sensitivity trade-offs and average performance of control and filtering systems, is conventionally studied by using the (differential) entropy rate and Kolmogorov-Bode formula. In this paper, by extending the famous I-MMSE (mutual information -- minimum mean-square error) relationship to the discrete-time additive white Gaussian channels with and without feedback, a new paradigm is introduced to estimate and analyze total information rate as a control and filtering trade-off metric. Under this framework, we enrich the trade-off properties of total information rate for a variety of discrete-time control and filtering systems, e.g., LTI, LTV, and nonlinear, and also provide an alternative approach to investigate total information rate via optimal estimation.


翻译:基本限制或性能权衡/限制是控制和过滤系统的重要特性和约束。在各种权衡度量中,总信息率通常使用(微分)熵率和科尔莫戈洛夫-博德公式来表征控制和过滤系统的灵敏度权衡和平均性能。本文通过扩展著名的I-MMSE(互信息 - 最小均方误差)关系到带反馈和不带反馈的离散时间加性白噪声通道,引入了一个新的范式来估计和分析总信息率作为控制和过滤权衡的度量。在这个框架下,我们丰富了各种离散时间控制和过滤系统的总信息率权衡特性,例如LTI,LTV和非线性系统,并提供了一种通过最优估计来研究总信息率的替代方法。

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