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Poisson channel with binary Markov input and average sojourn time constraint

Sinzger, Mark ; Gehri, Maximilian ; Koeppl, Heinz (2022)
Poisson channel with binary Markov input and average sojourn time constraint.
ISIT'20 - International Symposium on Information Theory. Online (21.-26.06.2020)
doi: 10.26083/tuprints-00021525
Konferenzveröffentlichung, Zweitveröffentlichung, Postprint

Kurzbeschreibung (Abstract)

A minimal model for gene expression, consisting of a switchable promoter together with the resulting messenger RNA, is equivalent to a Poisson channel with a binary Markovian input process. Determining its capacity is an optimization problem with respect to two parameters: the average sojourn times of the promoter’s active (ON) and inactive (OFF) state. An expression for the mutual information is found by solving the associated filtering problem analytically on the level of distributions. For fixed peak power, three bandwidth-like constraints are imposed by lower-bounding (i) the average sojourn times (ii) the autocorrelation time and (iii) the average time until a transition. OFFfavoring optima are found for all three constraints, as commonly encountered for the Poisson channel. In addition, constraint (i) exhibits a region that favors the ON state, and (iii) shows ONfavoring local optima.

Typ des Eintrags: Konferenzveröffentlichung
Erschienen: 2022
Autor(en): Sinzger, Mark ; Gehri, Maximilian ; Koeppl, Heinz
Art des Eintrags: Zweitveröffentlichung
Titel: Poisson channel with binary Markov input and average sojourn time constraint
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 2022
Ort: Darmstadt
Verlag: IEEE
Buchtitel: 2020 IEEE International Symposium on Information Theory: Proceedings
Veranstaltungstitel: ISIT'20 - International Symposium on Information Theory
Veranstaltungsort: Online
Veranstaltungsdatum: 21.-26.06.2020
DOI: 10.26083/tuprints-00021525
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/21525
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Herkunft: Zweitveröffentlichungsservice
Kurzbeschreibung (Abstract):

A minimal model for gene expression, consisting of a switchable promoter together with the resulting messenger RNA, is equivalent to a Poisson channel with a binary Markovian input process. Determining its capacity is an optimization problem with respect to two parameters: the average sojourn times of the promoter’s active (ON) and inactive (OFF) state. An expression for the mutual information is found by solving the associated filtering problem analytically on the level of distributions. For fixed peak power, three bandwidth-like constraints are imposed by lower-bounding (i) the average sojourn times (ii) the autocorrelation time and (iii) the average time until a transition. OFFfavoring optima are found for all three constraints, as commonly encountered for the Poisson channel. In addition, constraint (i) exhibits a region that favors the ON state, and (iii) shows ONfavoring local optima.

Schlagworte:
Einzelne SchlagworteSprache
Poisson channel, gene expression, binary Markov, average sojourn time, filtering, bandwidth constraintEnglisch
Status: Postprint
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-215259
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Nachrichtentechnik > Bioinspirierte Kommunikationssysteme
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Nachrichtentechnik
Interdisziplinäre Forschungsprojekte
Interdisziplinäre Forschungsprojekte > Centre for Synthetic Biology
Hinterlegungsdatum: 03 Apr 2020 12:28
Letzte Änderung: 26 Jul 2022 08:08
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Einzelne SchlagworteSprache
Poisson channel, gene expression, binary Markov, average sojourn time, filtering, bandwidth constraintEnglisch
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