We consider the use of the well-known dual capacity bounding technique for deriving upper bounds on the capacity of indecomposable finite-state channels (FSCs) with finite input and output alphabets. In this technique, capacity upper bounds are obtained by choosing suitable test distributions on the sequence of channel outputs. We propose test distributions that arise from certain graphical structures called Q-graphs. As we show in this paper, the advantage of this choice of test distribution is that, for the important classes of unifilar and input-driven FSCs, the resulting upper bounds can be formulated as dynamic programming (DP) problem, which makes the bounds tractable. We illustrate this for several examples of FSCs, where we are able to solve the associated DP problems explicitly to obtain capacity upper bounds that either match or beat the best previously reported bounds. For instance, for the classical trapdoor channel, we improve the best known upper bound of 0.66$ (due to Lutz (2014)) to 0.584, shrinking the gap to the best known lower bound of 0.572, all bounds being in units of bits per channel use.


翻译:我们考虑使用众所周知的双重能力约束技术,在无法分解的有限状态频道能力上得出上限,并有有限的输入和输出字母;在这种技术中,通过选择对频道输出序列进行适当的测试分布,获得能力上限;我们建议从某些称为Q-graphs的图形结构中产生测试分布;我们在本文件中显示,这种选择测试分布的优点是,对于重要的非核查和输入驱动FSC类别来说,由此产生的上限可以被表述为动态程序(DP)问题,这样可以将范围拉动。我们用几个FSC的例子来说明这一点,我们可以解决相关的DP问题,明确获得能力上限,要么与以前报告的最佳界限相匹配,要么胜过以前报告的最佳界限。例如,我们把已知的最佳上限0.66亿美元(由于Lutz(2014年))提高到0.584美元,将差距缩小到已知的0.572这一最低界限,即每个频道使用的比位单位的所有界限。

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