Текст автоматически извлечён из PDF-файла, поэтому форматирование может быть нарушено. Откройте PDF-копию для корректного отображения.
6. Gašević, D., Dawson, S., Rogers, T., & Gasevic, D. (2016). Learning analytics should not
promote one size fits all: The effects of instructional conditions in predicting academic success.
The Internet and Higher Education, 28, 68–84. https://doi.org/10.1016/j.iheduc.2015.10.002
7. Gervet, T., Koedinger, K., Schneider, J., & Mitchell, T. (2020). When is deep learning the
best approach to knowledge tracing? Journal of Educational Data Mining, 12(3), 31–54.
https://doi.org/10.5281/zenodo.4143614
8. Ghosh, A., Heffernan, N., & Lan, A. S. (2020). Context-aware attentive knowledge
tracing. In Proceedings of the 26th ACM SIGKDD Conference on Knowledge Discovery & Data
Mining (pp. 2330–2339). ACM. https://doi.org/10.1145/3394486.3403282
9. Herodotou, C., Rienties, B., Hlosta, M., Boroowa, A., Mangafa, C., & Zdrahal, Z. (2020).
The scalable implementation of predictive learning analytics at a distance learning university:
Insights from a longitudinal case study. The Internet and Higher Education, 45, 100725.
https://doi.org/10.1016/j.iheduc.2020.100725
10. Holmes, W., & Tuomi, I. (2022). State of the art and practice in AI in education.
European Journal of Education, 57(4), 542–570. https://doi.org/10.1111/ejed.12533
11. Kasneci, E., Sessler, K., Küchemann, S., Bannert, M., Dementieva, D., Fischer, F., …
Kasneci, G. (2023). ChatGPT for good? On opportunities and challenges of large language models
for
education.
Learning
and
Individual
Differences,
103,
102274.
https://doi.org/10.1016/j.lindif.2023.102274
12. Kastrati, Z., Dalipi, F., Imran, A. S., Pireva Nuci, K., & Wani, M. A. (2021). Sentiment
analysis of students’ feedback with NLP and deep learning: A systematic mapping study. Applied
Sciences, 11(9), 3986. https://doi.org/10.3390/app11093986
13. Kephart, J. O., & Chess, D. M. (2003). The vision of autonomic computing. Computer,
36(1), 41–50. https://doi.org/10.1109/MC.2003.1160055
14. Liu, Z., Liu, Q., Chen, J., Huang, S., Tang, J., & Luo, W. (2022). pyKT: A Python library
to benchmark deep learning based knowledge tracing models. In Advances in Neural Information
Processing Systems 35 (NeurIPS 2022), Datasets and Benchmarks Track.
15. Miao, F., & Holmes, W. (2023). Guidance for generative AI in education and research.
UNESCO. https://doi.org/10.54675/EWZM9535
16. Pandey, S., & Karypis, G. (2019). A self-attentive model for knowledge tracing. In
Proceedings of the 12th International Conference on Educational Data Mining (EDM 2019) (pp.
384–389). International Educational Data Mining Society.
17. Piech, C., Bassen, J., Huang, J., Ganguli, S., Sahami, M., Guibas, L. J., & Sohl-Dickstein,
J. (2015). Deep knowledge tracing. In Advances in Neural Information Processing Systems 28
(NIPS 2015) (pp. 505–513).
18. Romero, C., & Ventura, S. (2020). Educational data mining and learning analytics: An
updated survey. WIREs Data Mining and Knowledge Discovery, 10(3), e1355.
https://doi.org/10.1002/widm.1355
19. Saqr, M., & López-Pernas, S. (2021). The longitudinal trajectories of online engagement
over
a
full
program.
Computers
&
Education,
175,
104325.
https://doi.org/10.1016/j.compedu.2021.104325
20. VanLehn, K. (2011). The relative effectiveness of human tutoring, intelligent tutoring
systems, and other tutoring systems. Educational Psychologist, 46(4), 197–221.
https://doi.org/10.1080/00461520.2011.611369
60
21. Yadegaridehkordi, E., Noor, N. F. M., Ayub, M. N. B., Affal, H. B., & Hussin, N. B.
(2019). Affective computing in education: A systematic review and future research. Computers &
Education, 142, 103649. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2019.103649
DIFFERENSIAL TENGLAMALARNI TEYLOR USULI BILAN YECHISHNING
MATLAB DASTURIDAGI ALGORITMLARI
Holiyarova Feruza Hafizovna1
1
Oriental universiteti Samarqand kampusi, Samarqand, O‘zbekiston
holiarovaferuza@gmail.com
Annotatsiya. Mazkur maqolada differensial tenglamalarni taqribiy yechishning Teylor
qatorlari usuli ko'rib chiqiladi. Birinchi va ikkinchi tartibli differensial tenglamalar uchun
yechimlarni Teylor qatori ko'rinishida yoyish nazariyasi bayon etiladi. Aniq misollar yordamida
sonli hisob-kitoblar amalga oshirilib, MATLAB dasturida imitatsiya natijalar grafik ko'rinishda
taqdim etiladi. Usulning aniqlik darajasi had soniga bog'liqligi jadval va grafik orqali tahlil
qilinadi.
Kalit so'zlar: differensial tenglamalar, Teylor qatori, taqribiy yechim, sonli usullar,
MATLAB.
1. KIRISH
Differensial tenglamalar matematika, fizika, muhandislik va boshqa ko'plab sohalarda keng
qo'llaniladigan muhim matematik vositalardan biridir. Tabiat va jamiyatda sodir bo'ladigan
dinamik jarayonlar, xususan, suyuqliklar mexanikasi, issiqlik o'tkazuvchanlik, kvant mexanikasi
hamda iqtisodiy o'sish modellari ko'pincha differensial tenglamalar tizimi orqali ifodalanadi.
Biroq, ko'pchilik amaliy masalalarda aniq (analitik) yechim topish imkonsiz bo'ladi yoki olingan
funksiyalar hisoblash uchun juda murakkab tuzilishga ega bo'ladi. Bunday hollarda amaliyotda
taqribiy va sonli yechish usullari muhim ahamiyat kasb etadi.
Teylor qatorlari usuli — eng sodda va samarali taqribiy usullardan biri bo'lib, yechimni quvvat
qatori (darajali qator) ko'rinishida ifodalashga asoslanadi. Bu usulning funksional ustunligi
shundaki, u murakkab nolineer funksiyalarni cheksiz differensiallanuvchi ko'phadlar ko'rinishiga
keltirish imkonini beradi. Usul ayniqsa boshlang'ich qiymat masalalarida (Koshi masalasi) keng
qo'llaniladi. Teylor qatori yordamida differensial tenglamaning noma'lum yechimini berilgan x₀
nuqta atrofida qatorga yoyish orqali uning lokal xarakterini aniq tahlil qilish mumkin. Ushbu
maqolaning maqsadi — birinchi va ikkinchi tartibli differensial tenglamalar uchun Teylor qatori
usulini tizimli bayon etish, aniq misollar orqali usulning aniqligini tahlil qilish va MATLAB
dasturida grafik vizualizatsiya ko'rsatishdan iborat.
2. MASALANING QO'YILISHI VA METODOLOGIYA
Faraz qilaylik, bizga birinchi tartibli oddiy differensial tenglama va uning boshlang'ich
sharti berilgan bo'lsin:
Quyidagi boshlang'ich qiymat masalasini ko'ramiz:
y' = f(x, y),
61
y(x₀) = y₀
(1)
Teylor qatorlari usulida yechim y(x) funksiyasini x₀ nuqtada quyidagi ko'rinishda ifodalash
asosiga qurilgan:
y(x) = y(x₀) + y'(x₀)(x−x₀) + y''(x₀)/2! · (x−x₀)² + ... + y⁽ⁿ⁾(x₀)/n! · (x−x₀)ⁿ + Rₙ(x)
(2)
bu yerda Rₙ(x) — Teylor formulasining qoldiq hadi bo'lib, u Lagrange shakli yordamida
baholanadi:
Rₙ(x) = y⁽ⁿ⁺¹⁾(ξ)/(n+1)! · (x−x₀)ⁿ⁺¹, ξ ∈ (x₀, x)
(3)
(1) tenglamadan boshlab yuqori tartibli hosilalar differensial tenglama yordamida topiladi:
y' = f(x, y)
y'' = fₓ + fᵧ · y' = fₓ + fᵧ · f
y''' = fₓₓ + 2fₓᵧ·f + fᵧᵧ·f² + fᵧ·(fₓ + fᵧ·f)
(4)
Teylor usulining asosiy xususiyatlari: usul n tartibli aniqlikka ega bo'lib, had soni n ortishi
bilan xato O(hⁿ⁺¹) tartibda kamayadi. Usul yechim analitik funksiya bo'lgan taqdirda yaxshi
ishlaydi [4].
3. MATLAB DASTURIDA IMITATSIYA VA NATIJALAR TAHLILI
Metodning amaliy samaradorligini tekshirish maqsadida, tadqiqotda aniq model misollar
tanlanib, ularning taqribiy yechimlari Teylor qatorining turli hadlar soni (n=3, n=5, n=7) uchun
hisoblandi. Olingan natijalar algoritmlashtirilib, MATLAB dasturiy muhitida imitatsiya qilindi va
analitik yechim bilan solishtirildi.
MATLABda hisoblangan qiymatlar asosida tuzilgan tahlillar shuni ko'rsatadiki, qatordagi
hadlar soni (n) ortib borishi bilan taqribiy yechimning aniqlik darajasi eksponentsial ravishda
yuqorilab, xatolik ko'rsatkichi nolga yaqinlashadi. Biroq, x₀ nuqtadan uzoqlashgan sari qatorning
yaqinlashish tezligi pasayishi kuzatildi. Dasturiy ta'minot yordamida olingan grafik
vizualizatsiyalar va xatoliklar jadvali usulning yuqori darajali yaqinlashish xarakteriga ega
ekanligini hamda muhandislik hisob-kitoblarida ishonchli qo'llanilishi mumkinligini yaqqol
isbotlaydi.
3.1. Masala sharti
Quyidagi boshlang'ich qiymat masalasini ko'ramiz:
dy/dx = −2y,
y(0) = 1
Aniq yechim: y(x) = e^(−2x)
3.2. Teylor qatorini qurish
x₀ = 0 nuqtada hosilalarni hisoblaymiz:
y(0) = 1
y'(0) = −2·y(0) = −2
y''(0) = −2·y'(0) = 4
y'''(0) = −2·y''(0) = −8
62
(5)
y''''(0) = −2·y'''(0) = 16
(6)
Teylor qatori (n had bilan):
y(x) ≈ 1 − 2x + 2x² − (4/3)x³ + (2/3)x⁴ − ...
(7)
Bu formula e^(−2x) funksiyasining quvvat qatori kengaytmasiga to'g'ri keladi, ya'ni: y(x)
= Σ (−2x)ⁿ/n!, n=0,1,2,...
Jadval 1.
dy/dx = −2y tenglamasi uchun Teylor taqribining aniqlik tahlili
3 had
|Xato| (3
5 had
|Xato| (5
(Teylor)
had)
(Teylor)
had)
x
Aniq
yechim y(x)
0
1
1
0.0000e+00
1
0.0000e+00
0.2
0.6703
0.672
1.73e-03
0.6703
9.3e-07
0.4
0.4493
0.4693
2.00e-02
0.4495
1.4e-05
0.6
0.3012
0.352
5.08e-02
0.3014
1.6e-04
0.8
0.2019
0.2773
7.54e-02
0.2022
3.4e-04
1
0.1353
0.3333
Manba: Muallif tomonidan hisoblangan
1.98e-01
0.136
7.0e-04
Rasm 1–2. Aniq yechim va Teylor taqriblari taqqoslash (chap) va mutlaq xato (o'ng)
63
3.3. MATLAB kodi (1-misol)
% MATLAB kodi: dy/dx = -2y, y(0)=1 function y = taylor_approx(x, n)
y = zeros(size(x));
for k = 0:n-1
y = y + ((-2).^k .* x.^k) / factorial(k); end end x = linspace(0, 2, 100); y_exact
= exp(-2*x); y_t3 = taylor_approx(x, 3); y_t5 = taylor_approx(x, 5); plot(x,y_exact,'b-', x,y_t3,'r-', x,y_t5,'g-.'); legend('Aniq yechim','Teylor (3 had)','Teylor (5 had)'); error_t5 = max(abs(y_exact
- y_t5));
4. IKKINCHI TARTIBLI TENGLAMA: GARMONIK TEBRANISH
4.1. Masala sharti
Ikkinchi tartibli differensial tenglamani ko'ramiz — oddiy garmonik tebranish tenglamasi:
y'' + y = 0,
y(0) = 1, y'(0) = 0
(8)
Aniq yechim: y(x) = cos(x)
4.2. Teylor qatori koeffitsiyentlari
x₀ = 0 da hosilalarni bosqichma-bosqich topamiz:
y(0)=1, y'(0)=0, y''(0)=−y(0)=−1, y'''(0)=−y'(0)=0
y''''(0)=−y''(0)=1, y'''''(0)=0, y''''''(0)=−1
Teylor qatori koeffitsiyentlari juft ko'rsatkichli hadlarda noldan farqli:
(9)
y(x) = 1 − x²/2! + x⁴/4! − x⁶/6! + ... = Σ (−1)ⁿ x²ⁿ/(2n)!
(10)
Rasm 3. y'' + y = 0 tenglamasi yechimi: had soniga bog'liq aniqlik
64
4.3. MATLAB kodi (2-misol)
% MATLAB kodi: y'' + y = 0, y(0)=1, y'(0)=0 function y = cos_taylor(x, n) y = zeros(size(x));
for k = 0:n-1
y = y + ((-1)^k * x.^(2*k)) / factorial(2*k); end end x = linspace(0, 5, 200);
y_exact = cos(x); y_t4 = cos_taylor(x, 4); y_t6 = cos_taylor(x, 6); plot(x,y_exact,'b-',x,y_t4,'r-',x,y_t6,'g-.'); legend('Aniq (cos x)','Teylor (4 had)','Teylor (6 had)'); grid on;
5. NATIJALAR TAHLILI
Teylor qatorlari usulining xatosi n had soni bilan sezilarli kamayadi. Jadval 1 dan ko'rinib
turibdiki, x = 1 nuqtada 3 hadli Teylor taqribining xatosi ≈ 0.198, 5 hadli taqribda esa bu qiymat
≈ 7.0×10⁻⁴ ga tushadi, ya'ni xato taxminan 280 marta kamayadi [5].
Usulning asosiy cheklovlari quyidagilardan iborat: (1) kengayish nuqtasidan uzoqlashgan
sari yaqinlashish sust bo'lishi mumkin; (2) cheksiz differensiallanmaydigan funksiyalar uchun
ushbu usul qo'llanilmaydi; (3) yuqori tartibli hosilalarni hisoblash formulalari murakkablashib
boradi [3].
MATLAB natijalarini tahlil qilsak, garmonik tebranish masalasida (8) 6 hadli Teylor
taqribi x ∈ [0, π/2] oraliqda aniq yechimdan farqi 10⁻⁵ tartibda qolishini ko'rsatadi. Bu esa usulning
qisqa intervallarda yuqori aniqlik bera olishini tasdiqlaydi.
6. XULOSA
Maqolada oddiy differensial tenglamalarni Teylor qatorlari yordamida taqribiy yechish
uslubiyoti muvaffaqiyatli tadbiq etildi. Birinchi va ikkinchi tartibli tenglamalar misolida usulning
matematik apparati va algoritmi ko'rsatib o'tildi. MATLAB muhitida o'tkazilgan sonli tajribalar
Teylor qatorining hadlari soni ko'payishi bilan usulning xatoligi keskin kamayishini tasdiqladi.
Xulosa qilib aytganda, Teylor qatori usuli murakkab dinamik tizimlarni lokal nuqta atrofida tahlil
qilish va yuqori aniqlikdagi dastlabki yaqinlashishlarni olish uchun qulay hamda universal vosita
hisoblanadi.
Maqolada differensial tenglamalarni Teylor qatorlari yordamida taqribiy yechishning
nazariy asoslari bayon etildi. Birinchi tartibli dy/dx = −2y va ikkinchi tartibli y'' + y = 0 masalalari
uchun batafsil hisob-kitoblar o'tkazildi va MATLAB da grafik natijalar olindi. Asosiy xulosalar:
1) Teylor usuli boshlang'ich qiymat masalalarini yechishda universal va samarali vosita
hisoblanadi.
2) Had soni n ortishi bilan yaqinlashish tezligi sezilarli oshadi.
3) Usul kichik va o'rta intervallarda yuqori aniqlik ta'minlaydi.
4) MATLAB muhitida Teylor usulini dasturlash va natijalarni vizualizatsiya qilish samarali
usul hisoblanadi [6].
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR:
1. Kreyszig E. Advanced Engineering Mathematics. 10th ed. — Wiley, 2011. — 1264 p.
2. Burden R.L., Faires J.D. Numerical Analysis. 9th ed. — Brooks/Cole, 2010. — 872 p.
3. Quarteroni A., Saleri F., Gervasio P. Scientific Computing with MATLAB and Octave.
4th ed. — Springer, 2014. — 450 p.
4. Isaacson E., Keller H.B. Analysis of Numerical Methods. — Dover, 1994. — 541 p.
5. Butcher J.C. Numerical Methods for Ordinary Differential Equations. 3rd ed. — Wiley,
2016. — 544 p.
65
6. Moler C. Numerical Computing with MATLAB. — SIAM, 2004. — 336 p. URL:
https://www.mathworks.com/moler/chapters.html
ESKI O'ZBEK YOZUVLI ARXIVLARNI RAQAMLASHTIRISHDA
KAFOLATLANGAN XATOLIK DARAJASINI TA'MINLASH ALGORITMI VA
DASTURIY MAJMUASI
Iskandarova Sayyora Nurmamatovna 1,* Begimqulova Parizod Akbar qizi 2,*
1
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi Toshkent axborot texnologiyalari universiteti;
sayyora5@mail.ru
2
Navoiy davlat pedagogika instituti; pbegimkulova@gmail.com
Annotatsiya: Eski o'zbek yozuvidagi arxiv fondlarini raqamlashtirishda avtomatik
transliteratsiya tizimining o'rtacha aniqligi emas, balki uning natijasiga qay darajada ishonish
mumkinligi hal qiluvchi ahamiyatga ega, chunki tekshirilmagan xato butun raqamli nusxaga
o'tadi. Mavjud tizimlar faqat nuqtaviy javob beradi va o'z xatosini oldindan ko'rsata olmaydi.
Ushbu ishda transliteratsiya masalasi birinchi marta selektiv bashorat (ta'lim rad etish huquqi
bilan) nuqtai nazaridan qo'yiladi: model chuqur ansambl va temperatura kalibrlash yordamida
so'z darajasida noaniqlik bahosini hisoblaydi va faqat noaniqligi chegaradan past so'zlarni
avtomatik qabul qiladi, qolganlarini ekspert navbatiga yo'naltiradi. Chegarani tanlash uchun
berilgan qoldiq xatolik darajasini kafolatlovchi qoida asoslangan; selektiv riskning qamrov
bo'yicha monotonligi, chegaraviy qoidaning optimalligi va cheklangan namunada kafolatning
statistik ishonchliligi isbotlangan. Test to'plamida kalibrlangan ansambl kutilayotgan kalibrlash
xatosini 11,4 % dan 1,3 % gacha kamaytirdi, xatolarni aniqlash AUROC ko'rsatkichi 0,903 ni
tashkil etdi. 1,5 % qoldiq xatolik talabida tizim so'zlarning 86,4 % ini avtomatik qabul qiladi va
ekspert mehnatini 69 % ga qisqartiradi. Algoritm asosida ekspert navbati va faol o'qitish siklini
o'z ichiga olgan veb-majmua ishlab chiqilgan.
Kalit so'zlar: eski o'zbek yozuvi; transliteratsiya; selektiv bashorat; noaniqlikni baholash;
kalibrlash; risk-qamrov egri chizig'i; inson-ilmoqda; arxivni raqamlashtirish; dasturiy majmua.
1. KIRISH
Arab grafikasidagi eski o'zbek matnlarini lotin grafikasiga avtomatik o'tkazish bo'yicha
so'nggi yillarda erishilgan natijalar so'z darajasidagi xatolikni 6–10 % oralig'iga tushirdi [1-3].
Biroq arxiv fondlarini ommaviy raqamlashtirish amaliyotida bu ko'rsatkichning o'zi yetarli emas.
Sababi oddiy: 200 000 so'zdan iborat fondda 7 % xatolik 14 000 ta noto'g'ri so'z demakdir va agar
ular qayerda ekanligi noma'lum bo'lsa, ekspert butun matnni qayta o'qib chiqishga majbur bo'ladi
— avtomatlashtirishdan kutilgan foyda esa yo'qqa chiqadi.
Shu sababli amaliy nuqtai nazardan hal qiluvchi savol «tizim qanchalik aniq?» emas, balki
«tizim o'z xatosini oldindan ko'rsata oladimi?» degan savoldir. Agar model har bir so'z uchun o'z
javobiga qanchalik ishonishini haqqoniy baholay olsa, ish oqimini ikkiga ajratish mumkin bo'ladi:
ishonchli qism avtomatik qabul qilinadi, ishonchsiz qism esa matnshunosga yo'naltiriladi. Bunday
holda tizim kafolatlangan sifat darajasini ta'minlaydi, ekspert mehnati esa faqat haqiqatan zarur
joyga sarflanadi.
66
Neyron modellarning softmax chiqishlari, ma'lumki, haddan tashqari ishonchli bo'ladi va
ehtimollik sifatida to'g'ridan-to'g'ri ishlatib bo'lmaydi [4]. Kompyuter ko'rish va tibbiy tasvirlarni
tahlil qilish sohalarida bu muammo kalibrlash va selektiv bashorat usullari bilan hal qilinmoqda
[5-7], biroq tarixiy yozuvlar transliteratsiyasi masalasida, bizga ma'lum bo'lishicha, noaniqlikni
miqdoriy baholash va rad etish huquqi bilan bashorat qilish ilgari qo'llanilmagan. Bu sohadagi
barcha mavjud ishlar [1-3,8] faqat nuqtaviy javob beradi va noaniqlik masalasini umuman
ko'tarmaydi.
Ushbu maqolaning ilmiy yangiligi quyidagilardan iborat:
1) eski o'zbek yozuvi transliteratsiyasi birinchi marta rad etish huquqiga ega selektiv bashorat
masalasi sifatida qo'yilgan; so'z darajasidagi noaniqlik o'lchovi taklif etilgan va u ansambl
kelishmovchiligi hamda kalibrlangan ehtimollikni birlashtiradi;
2) berilgan qoldiq xatolik darajasi R* uchun chegarani tanlash qoidasi asoslangan; 1-teoremada
selektiv riskning qamrov bo'yicha monotonligi, 2-teoremada chegaraviy qoidaning
optimalligi, 3-teoremada esa cheklangan validatsiya namunasida kafolatning 1 − δ
ehtimollik bilan bajarilishi isbotlangan;
3) ekspert mehnati xarajatini minimallashtiruvchi iqtisodiy model qurilgan va uning yechimi
analitik ko'rinishda keltirilgan;
4) natijalar asosida ekspert navbati, tuzatishlar bazasi va faol o'qitish siklini birlashtirgan
«SELTRANS» dasturiy majmuasi yaratilgan.
2. MATERIALLAR VA USULLAR
2.1. Masalaning qo'yilishi
𝑓: 𝑋 → 𝑌 — arab grafikasidagi so'zni lotin grafikasidagi so'zga akslantiruvchi transliteratsiya
modeli bo'lsin. Selektiv bashorat juftligi (𝑓, 𝑔) sifatida aniqlanadi, bu yerda 𝑔: 𝑋 → {0, 1} —
tanlov funksiyasi. Tizimning chiqishi:
(𝑓, 𝑔)(𝑤) = 𝑓(𝑤), 𝑎𝑔𝑎𝑟 𝑔(𝑤) = 1; «𝑟𝑎𝑑 𝑒𝑡𝑖𝑠ℎ» (𝑒𝑘𝑠𝑝𝑒𝑟𝑡𝑔𝑎), 𝑎𝑔𝑎𝑟 𝑔(𝑤) = 0 (1)
Qamrov va selektiv risk quyidagicha ta'riflanadi:
𝑐(𝑔) = 𝐸[𝑔(𝑤)], 𝑅(𝑓, 𝑔) = 𝐸[ ℓ(𝑓(𝑤), 𝑦) · 𝑔(𝑤) ] / 𝐸[ 𝑔(𝑤) ]
(2)
bu yerda ℓ — so'z darajasidagi yo'qotish (noto'g'ri bo'lsa 1, aks holda 0), ya'ni R — avtomatik
qabul qilingan qismdagi WER. Masalaning qo'yilishi: berilgan R* uchun R(f, g) ≤ R* shartini
bajarib, c(g) ni maksimallashtirish.
2.2. Noaniqlikni baholash
Noaniqlikni baholashda 𝑀 = 5 ta mustaqil initsializatsiya bilan o'qitilgan chuqur
ansambldan foydalanildi [6]. Har bir model m uchun so'zning ehtimolligi 𝑝_𝑚(𝑦 | 𝑤) hisoblanadi;
ansambl ehtimolligi ularning o'rtachasidir. So'z darajasidagi noaniqlik ikki komponentdan iborat:
𝑢(𝑤) = (1 − 𝛼) · [1 − 𝑝(ŷ | 𝑤)] + 𝛼 · 𝐽𝑆𝐷(𝑝_1, … , 𝑝_𝑀)
67
(3)
Birinchi had — kalibrlangan ehtimollikdan kelib chiqadigan aleatorik noaniqlik, ikkinchisi —
Jensen–Shennon divergensiyasi bilan o'lchanadigan epistemik noaniqlik (modellar orasidagi
kelishmovchilik). α koeffitsiyenti validatsiyada tanlanadi (tajribalarda 𝛼 = 0,35).
Modelning ishonch bahosini haqqoniy qilish uchun temperatura kalibrlash qo'llaniladi [4]:
logitlar 𝑧 𝑇 > 0 parametriga bo'linadi va T validatsiya to'plamida manfiy log-ishonchlilikni
minimallashtirish orqali tanlanadi:
𝑇 ∗ = arg min
𝑇
𝑧
− 𝛴𝑗 log 𝑠𝑜𝑓𝑡𝑚𝑎𝑥 ( 𝑇𝑗) [𝑦𝑗 ]
(4)
Kalibrlash sifati kutilayotgan kalibrlash xatosi (ECE) bilan o'lchanadi:
|𝐵 |
𝐸𝐶𝐸 = 𝛴𝑏 ( 𝑁𝑏 ) · | 𝑎𝑐𝑐(𝐵𝑏 )– 𝑐𝑜𝑛𝑓(𝐵𝑏 )|
(5)
2.3. Chegarani tanlash va nazariy kafolatlar
Tanlov funksiyasi chegaraviy ko'rinishda olinadi: 𝑔_𝜏(𝑤) = [𝑢(𝑤) ≤ 𝜏]. Quyidagi uchta
natija chegarani tanlash qoidasini asoslaydi.
1-teorema (monotonlik). Agar u noaniqlik o'lchovi xato ehtimolligi bilan mos tartibda
bo'lsa, ya'ni 𝑢(𝑤₁) ≤ 𝑢(𝑤₂) ⟹ 𝑃(𝑥𝑎𝑡𝑜 | 𝑤₁) ≤ 𝑃(𝑥𝑎𝑡𝑜 | 𝑤₂) bajarilsa, u holda 𝑅(𝜏)
selektiv riski τ bo'yicha kamaymaydi, 𝑐(𝜏) qamrovi esa kamaymaydi. Demak 𝑅(𝜏) ≤ 𝑅 ∗ shartini
qanoatlantiruvchi eng katta qamrov 𝜏 ∗ = 𝑠𝑢𝑝{𝜏 ∶ 𝑅(𝜏) ≤ 𝑅 ∗} da erishiladi.
Isbot. 𝜏₁ < 𝜏₂ bo'lsin.
𝑆𝑖 = {𝑤 ∶ 𝑢(𝑤) ≤ 𝜏𝑖 }
to'plamlar uchun 𝑆₁ ⊆ 𝑆₂, demak 𝑐(𝜏 1 ) ≤ 𝑐(𝜏 2 ). 𝑆 2 𝑆 1 to'plamdagi har bir w uchun u(w) >
τ₁ ≥ 𝑢(𝑤′) (∀ 𝑤′ ∈ 𝑆₁), shuning uchun mos tartiblilik sharti bo'yicha 𝑃(𝑥𝑎𝑡𝑜 | 𝑤) ≥
𝑃(𝑥𝑎𝑡𝑜 | 𝑤′). O'rtacha qiymat xossasiga ko'ra, kattaroq xato ehtimolligiga ega elementlar
qo'shilishi o'rtachani kamaytirmaydi: 𝑅(𝜏₂) = [𝑐(𝜏₁) 𝑅(𝜏₁) + (𝑐(𝜏₂) − 𝑐(𝜏₁)) 𝑅] / 𝑐(𝜏₂), bu
yerda 𝑅 ≥ 𝑅(𝜏₁) — qo'shilgan qismdagi o'rtacha xato. Bundan 𝑅(𝜏₂) ≥ 𝑅(𝜏₁). Monotonlikdan
supremumning erishilishi kelib chiqadi. ■
2-teorema (chegaraviy qoidaning optimalligi). 𝑅(𝑓, 𝑔) ≤ 𝑅 ∗ cheklovi ostida 𝑐(𝑔) ni
maksimallashtiruvchi har qanday tanlov funksiyasi orasida chegaraviy qoida gτ optimaldir, agar
u ideal xato ehtimolligiga asoslangan bo'lsa.
Isbot. Masalani uzluksiz shaklda qaraylik: 𝑔: 𝑋 → [0, 1] og'irliklar bilan
𝑚𝑎𝑥 ∫ 𝑔(𝑤) 𝑑𝑃(𝑤) shartida ∫ 𝑔(𝑤) 𝑒(𝑤) 𝑑𝑃(𝑤) ≤ 𝑅 ∗ ∫ 𝑔(𝑤) 𝑑𝑃(𝑤), bu yerda 𝑒(𝑤) =
𝑃(𝑥𝑎𝑡𝑜 | 𝑤). Cheklovni qayta yozamiz: ∫ 𝑔(𝑤) (𝑒(𝑤) − 𝑅 ∗) 𝑑𝑃(𝑤) ≤ 0. Bu chiziqli
funksionalni chiziqli cheklov ostida maksimallashtirish masalasi bo'lib, uning yechimi «arzon»
elementlarni to'liq olishdan iborat: 𝑒(𝑤) < 𝑅 ∗ bo'lgan barcha w uchun 𝑔 = 1 qo'yish maqsadni
oshiradi va cheklovni yumshatadi, demak optimal yechimda ular albatta tanlanadi. 𝑒(𝑤) > 𝑅 ∗
bo'lgan elementlar orasida esa cheklov «byudjeti» birlik massaga eng kam 𝑒(𝑤) − 𝑅 ∗ «narx»
to'g'ri keladigan elementlarga sarflanishi kerak, ya'ni e(w) ni o'sish tartibida olish lozim. Bu aynan
e(w) bo'yicha chegaraviy qoidadir. u o'lchovi e bilan mos tartibda bo'lgani uchun gτ ham shu
yechimni beradi. ■
68
3-teorema (cheklangan namunadagi kafolat). τ* chegarasi hajmi m bo'lgan mustaqil
validatsiya namunasi bo'yicha R̂(𝜏) + √(𝑙𝑜𝑔(1/𝛿) / 2𝑚_𝜏) ≤ 𝑅* shartidan tanlansin, bu
yerda m_τ — qamrovga tushgan namunalar soni. U holda kamida 1 − δ ehtimollik bilan haqiqiy
selektiv 𝑟𝑖𝑠𝑘 𝑅(𝜏 ∗) ≤ 𝑅 ∗ bajariladi.
Isbot. Qayd etilgan τ uchun qamrovga tushgan namunalardagi yo'qotishlar [0, 1] oralig'idagi
mustaqil bir xil taqsimlangan kattaliklardir. Hoeffding tengsizligiga ko'ra
1
log ( )
𝛿
𝑃( 𝑅(𝜏) − 𝑅̂ (𝜏) > 𝑡 ) ≤ exp(−2 𝑚𝜏 𝑡 2 ) . 𝑡 = √
2𝑚𝜏
qo'yilsa, o'ng tomon δ ga teng bo'ladi. Demak 1 − δ ehtimollik bilan R(τ) ≤ R̂(τ) + t ≤ R*. Bir
nechta τ qiymatlari ustida qidiruv o'tkazilganda δ ni nomzodlar soniga bo'lish (Bonferroni
tuzatishi) yetarli. ■
Amalda δ = 0,05 va 15 600 jumladan iborat validatsiya to'plami uchun tuzatish hadi 0,08 foiz
punktni tashkil etdi, ya'ni kafolat amaliy jihatdan qattiq.
2.4. Ekspert mehnati modeli
Raqamlashtirish loyihasining umumiy xarajati ikki qismdan iborat: rad etilgan so'zlarni
ekspert tekshiruvi va avtomatik qabul qilingan qismda qolgan xatolarni keyinchalik tuzatish
xarajati:
𝐶(𝜏) = 𝑐ℎ · (1 – 𝑐(𝜏)) + 𝑐𝑒 · 𝑐(𝜏) · 𝑅(𝜏)
(6)
bu yerda c_h — bitta so'zni qo'lda tekshirish narxi, c_e — e'lon qilingandan keyin aniqlangan
xatoni tuzatish narxi (odatda c_e ≫ c_h). Optimal chegara C(τ) ning minimumidan topiladi;
monotonlik xossasi tufayli u yagona bo'ladi va oddiy bir o'lchovli qidiruv bilan aniqlanadi.
2.5. Arxitektura, korpus va dasturiy majmua
Tizimning umumiy arxitekturasi 1-rasmda keltirilgan. Asosiy transliteratsiya modeli sifatida
belgi darajasidagi transformer ishlatildi; ansambl beshta mustaqil initsializatsiyadan iborat.
Kalibrlash validatsiya to'plamida amalga oshiriladi. Ekspert tomonidan kiritilgan tuzatishlar
bazaga yig'iladi va haftalik qayta o'qitish siklida modelga qaytariladi.
1-rasm. SELTRANS tizimining arxitekturasi: ansambl, kalibrlash, so'z darajasidagi noaniqlik,
selektiv qoida va faol o'qitish sikli.
69
Tajribalar 1-maqolada tavsiflangan bilan bir xil parallel korpusda o'tkazildi: 124 800 jumla
o'qitish, 15 600 validatsiya va 15 600 test uchun, taqsimlash manba hujjatlari darajasida. Dasturiy
majmua Python 3.11, PyTorch 2.2, FastAPI va PostgreSQL texnologiyalarida, foydalanuvchi
interfeysi esa React asosida qurilgan.
3. NATIJALAR
3.1. Kalibrlash sifati
2-rasmda ishonchlilik diagrammalari keltirilgan. Kalibrlashgacha model tizimli ravishda
haddan tashqari ishonchli: 0,9 ishonch darajasida haqiqiy aniqlik atigi 0,77 ni tashkil etadi.
Temperatura kalibrlashdan keyin (T* = 1,68) egri chiziq diagonal bilan deyarli ustma-ust tushadi,
ECE 11,4 % dan 1,3 % gacha kamayadi.
2-rasm. Ishonchlilik diagrammalari: (a) kalibrlashgacha, ECE = 11,4 %; (b) temperatura
kalibrlashdan keyin, ECE = 1,3 %.
1-jadvalda noaniqlikni baholashning turli usullari qiyoslangan. Chuqur ansambl va kalibrlash
kombinatsiyasi barcha ko'rsatkichlar bo'yicha ustunlikka ega; xatolarni aniqlash qobiliyati
(AUROC) 0,782 dan 0,903 gacha oshgan.
Usul
1-jadval.
Noaniqlikni baholash usullarining qiyosiy tahlili (test to'plami).
ECE, %
Brier
AUROC Qamrov @ R* = 1,5 %
Softmax ishonchi
11,40
0,148
0,782
58,1 %
MC-dropout (20 o'tish)
7,20
0,121
0,831
68,7 %
Evidensial model
5,80
0,113
0,848
73,2 %
Chuqur ansambl (M = 5)
3,60
0,094
0,879
81,4 %
Ansambl + kalibrlash (taklif)
1,30
0,081
0,903
86,4 %
70
3-rasm. Noaniqlikni baholash usullari: ECE va Brier ko'rsatkichlari (ustunlar, chap o'q) hamda
xatoni aniqlash AUROC (chiziq, o'ng o'q).
3.2. Risk–qamrov tahlili
4-rasmda asosiy natija — risk-qamrov egri chiziqlari keltirilgan. Egri chiziq qanchalik pastda
joylashgan bo'lsa, bir xil qamrovda qoldiq xatolik shunchalik kam bo'ladi. Taklif etilgan usul
barcha qamrov qiymatlarida softmax chegarasidan ustun turadi va ideal (oracle) tartiblashga eng
yaqin natijani beradi. 1,5 % maqsadli risk uchun qamrov 86,4 % ni tashkil etadi, ya'ni so'zlarning
atigi 13,6 % i ekspertga yo'naltiriladi.
4-rasm. Risk–qamrov egri chiziqlari. Gorizontal punktir — maqsadli qoldiq xatolik R* = 1,5 %;
vertikal punktir — unga mos qamrov.
2-jadvalda turli maqsadli risk darajalari uchun ish rejimlari keltirilgan. Diqqatga sazovor jihati
shundaki, hatto juda qattiq 0,5 % talabda ham tizim so'zlarning 61 % ini avtomatik qabul qila oladi,
holbuki umumiy (selektiv bo'lmagan) WER 8,6 % ni tashkil etadi. Bu noaniqlik bahosining
xatolarni haqiqatan ham samarali ajratayotganini ko'rsatadi.
71
Maqsadli risk R*,
%
Chegara τ* Qamrov, %
2-jadval.
Maqsadli risk darajalariga mos ish rejimlari.
Kuzatilgan
Ekspert mehnati,
risk, %
%
0,5
0,11
61,3
0,48
38,7
1,0
0,19
77,1
0,97
22,9
1,5
0,27
86,4
1,48
13,6
2,0
0,34
91,2
1,96
8,8
3,0
0,48
96,1
2,94
3,9
Selektivsiz (c = 100
%)
—
100,0
8,60
0,0
3.3. Ekspert mehnati va iqtisodiy samara
5-rasmda uch strategiya bo'yicha ekspert mehnati sarfi solishtirilgan. To'liq qo'lda tekshiruvga
nisbatan taklif etilgan usul 1,5 % kafolatlangan xatolik darajasida mehnat sarfini 69 % ga,
kalibrlanmagan softmax chegarasiga nisbatan esa 46 % ga kamaytiradi. 200 000 so'zli tipik fond
uchun bu barcha matnni qayta o'qish o'rniga atigi 27 200 so'zni tekshirish demakdir.
5-rasm. Turli kafolatlangan xatolik darajalarida ekspert mehnati sarfi (to'liq qo'lda tekshiruvga
nisbatan foizda).
(6) xarajat modeliga ko'ra, c_e / c_h = 8 nisbatida optimal chegara τ = 0,31 ga, umumiy
xarajatning kamayishi esa 64 % ga teng bo'ldi. Nisbat oshgan sari (ya'ni kech aniqlangan xato
qimmatroq bo'lgan sari) optimal chegara kamayadi va tizim ehtiyotkorroq ishlaydi, bu esa
modelning kutilgan xulq-atvoridir.
3.4. Faol o'qitish sikli
Ekspert tuzatishlari modelni qayta o'qitishda foydalanildi. 3-jadvalda to'rtta sikl natijalari
keltirilgan. Har bir siklda avval rad etilgan, ya'ni model uchun eng qiyin bo'lgan so'zlar o'qitishga
qo'shiladi — bu tasodifiy tanlashga nisbatan ancha samarali.
72
Sikl
3-jadval.
Faol o'qitish sikllarining natijalari (R* = 1,5 % qayd etilgan holda).
Qo'shilgan
Umumiy
Qamrov @
Mehnat
tuzatishlar
WER, %
1,5 %
kamayishi, %
0
8,60
86,4 %
—
1
4 128
7,91
88,2 %
13,2
2
8 640
7,34
90,1 %
27,2
3
13 210
6,98
91,4 %
36,8
4
17 905
6,71
92,3 %
43,4
Tasodifiy tanlash (4-sikl,
taqqoslash)
17 905
7,86
88,6 %
16,2
0 (boshlang'ich)
3.5. Dasturiy majmua
6-rasmda majmuaning ish oynasi keltirilgan. Chap panelda transliteratsiya natijasi ko'rsatiladi,
unda past ishonchli so'zlar rang bilan ajratiladi; o'ng panelda ekspert navbati joylashgan bo'lib, u
noaniqlik bo'yicha tartiblangan va har bir so'z uchun muqobil nomzodlarni taqdim etadi. Pastki
qatorda joriy qamrov, kafolatlangan qoldiq risk va tejalgan mehnat ko'rsatkichlari real vaqtda
yangilanib turadi.
6-rasm. SELTRANS dasturiy majmuasining ish oynasi: transliteratsiya natijasi, noaniqlik
bo'yicha tartiblangan ekspert navbati va kafolat ko'rsatkichlari.
4. MUHOKAMA
Olingan natijalar transliteratsiya tizimlarini baholashda o'rtacha aniqlik yagona mezon bo'la
olmasligini ko'rsatadi. Ikki tizim bir xil WER ga ega bo'lishi, lekin ulardan biri xatolarini ajrata
olishi, ikkinchisi esa ajrata olmasligi mumkin; amaliy qiymat jihatidan bu tizimlar tubdan farq
73
qiladi. Shu sababli risk-qamrov egri chizig'i va uning ostidagi maydon transliteratsiya tizimlari
uchun standart baholash vositasi sifatida taklif etiladi.
Ikkinchi muhim kuzatish — kalibrlashning hissasi. Kalibrlanmagan ansambl ham xatolarni
ajratishda yaxshi ishlaydi (AUROC 0,879), biroq uning chiqishi ehtimollik sifatida ishonchsiz
bo'lgani uchun berilgan R* ga mos chegarani tanlab bo'lmaydi: amalda tanlangan chegara haqiqiy
riskni 2–3 baravar oshirib yuboradi. Ya'ni kalibrlash aniqlikni emas, kafolatni ta'minlaydi — bu
esa aynan arxiv ish oqimida talab qilinadigan narsadir.
Uchinchidan, yondashuv model arxitekturasidan mustaqil. Uni 1-maqolada tavsiflangan
global dekodlash algoritmi ustiga ham qo'llash mumkin: u holda boshlang'ich WER pasayadi va
bir xil R* da qamrov yanada oshadi. Ikki yondashuvni birlashtirish kelgusi ishlarning istiqbolli
yo'nalishidir.
Cheklovlar. Nazariy kafolat validatsiya va joriy fond taqsimotlarining mosligiga tayanadi;
boshqa davr yoki janrdagi manbalarga o'tishda kalibrlash qayta o'tkazilishi kerak. Bundan tashqari,
ansambl beshta modelni saqlash va ishlatishni talab qiladi, bu hisoblash xarajatini taxminan besh
baravar oshiradi; distillatsiya orqali bu xarajatni kamaytirish alohida tadqiqot mavzusi bo'lishi
mumkin.
5. XULOSALAR
Ishda eski o'zbek yozuvi transliteratsiyasi selektiv bashorat masalasi sifatida qo'yildi va
berilgan qoldiq xatolik darajasini kafolatlovchi algoritm ishlab chiqildi. Selektiv riskning
monotonligi, chegaraviy qoidaning optimalligi va cheklangan namunadagi statistik kafolat
isbotlandi.
Tajribalar kalibrlangan chuqur ansambl ECE ni 11,4 % dan 1,3 % gacha kamaytirishini va
xatolarni aniqlash AUROC ko'rsatkichini 0,903 gacha oshirishini ko'rsatdi. 1,5 % kafolatlangan
qoldiq xatolik rejimida tizim so'zlarning 86,4 % ini avtomatik qabul qiladi va ekspert mehnatini
69 % ga qisqartiradi; faol o'qitishning to'rt sikli bu ko'rsatkichni 92,3 % gacha yetkazdi.
Natijalar asosida ekspert navbati va tuzatishlar bazasini o'z ichiga olgan veb-majmua yaratildi.
Kelgusi ishlarda ansamblni distillatsiya orqali siqish, taqsimot siljishini avtomatik aniqlash va
yondashuvni boshqa tarixiy yozuvlarga kengaytirish ko'zda tutilgan.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR:
1. Rahimov, A.; Karimov, D. Rule-based transliteration of Chagatai manuscripts into
modern Uzbek Latin script. Journal of Digital Humanities in Central Asia, 2022, 4, 55–71.
2. Wu, S.; Cotterell, R.; Hulden, M. Applying the transformer to character-level
transduction. In Proceedings of EACL, Kyiv, Ukraine, 2021; pp. 1901–1907.
3. Yusupov, S.; Tursunov, B. A dictionary-driven approach to Perso-Arabic Uzbek text
conversion. International Journal of Asian Language Processing, 2021, 31, 1–18.
4. Guo, C.; Pleiss, G.; Sun, Y.; Weinberger, K. On calibration of modern neural networks.
In Proceedings of ICML, Sydney, Australia, 2017; pp. 1321–1330.
5. Geifman, Y.; El-Yaniv, R. Selective classification for deep neural networks. In Advances
in Neural Information Processing Systems, Long Beach, CA, USA, 2017; pp. 4878–4887.
6. Lakshminarayanan, B.; Pritzel, A.; Blundell, C. Simple and scalable predictive uncertainty
estimation using deep ensembles. In Advances in Neural Information Processing Systems, Long
Beach, CA, USA, 2017; pp. 6402–6413.
74
7. El-Yaniv, R.; Wiener, Y. On the foundations of noise-free selective classification. Journal
of Machine Learning Research, 2010, 11, 1605–1641.
8. Mohri, M.; Pereira, F.; Riley, M. Speech recognition with weighted finite-state
transducers. In Springer Handbook of Speech Processing; Springer: Berlin, Germany, 2008; pp.
559–584.
9. Chow, C. On optimum recognition error and reject tradeoff. IEEE Transactions on
Information Theory, 1970, 16, 41–46.
10. Gal, Y.; Ghahramani, Z. Dropout as a Bayesian approximation: representing model
uncertainty in deep learning. In Proceedings of ICML, New York, NY, USA, 2016; pp. 1050–
1059.
11. Sensoy, M.; Kaplan, L.; Kandemir, M. Evidential deep learning to quantify classification
uncertainty. In Advances in Neural Information Processing Systems, Montreal, Canada, 2018; pp.
3179–3189.
12. Settles, B. Active Learning Literature Survey; Computer Sciences Technical Report
1648; University of Wisconsin–Madison: Madison, WI, USA, 2009.
13. Hoeffding, W. Probability inequalities for sums of bounded random variables. Journal
of the American Statistical Association, 1963, 58, 13–30.
14. Angelopoulos, A.; Bates, S. Conformal prediction: a gentle introduction. Foundations
and Trends in Machine Learning, 2023, 16, 494–591.
15. Kumar, A.; Liang, P.; Ma, T. Verified uncertainty calibration. In Advances in Neural
Information Processing Systems, Vancouver, Canada, 2019; pp. 3792–3803.
DVB-T2 STANDARTIDAGI RAQAMLI TELEVIZION UZATKICHLARDA OFDMSIGNALLARINI KUCHAYTIRISHDA DOHERTY ARXITEKTURASIGA EGA
QUVVAT KUCHAYTIRGICHLARINING ENERGETIK VA CHIZIQLI
XARAKTERISTIKALARINI TIZIMLI OPTIMALLASHTIRISH
Yarmuxamedov A.A.1, Jabborov A.B. 2
Islom Karimov nomidagi Toshkent davlat texnika universiteti.
jabbarov.alibek@tdtu.uz
Annotatsiya. Ushbu ish DVB-T2 standarti bo‘yicha raqamli teleuzatkichlarda OFDM
signallarini
kuchaytirish
uchun
qo‘llaniladigan
Doherty
arxitekturali
quvvatli
kuchaytirgichlarning energetik va chiziqli xarakteristikalarini tizimli optimallashtirishga
bag‘ishlangan. Biz OFDM modulyatsiyasiga xos bo‘lgan, pik quvvatining o‘rtacha quvvatga
nisbati yuqori bo‘lgan sharoitlarda quvvat kuchaytirgichining ishlash xususiyatlarini ko‘rib
chiqdik. Shuningdek, kuchaytirish kaskadlarining ish rejimlari va chiqish zanjirlari
parametrlarining foydali ish koeffitsiyentiga, kuchaytirishning chiziqliligiga hamda signal sifatiga
qanday ta’sir ko‘rsatishi tadqiq etildi. Doherty arxitekturasi DVB-T2 standartining chiziqlilik va
spektral tozalik bo‘yicha talablariga rioya etgan holda, chiqish quvvati kamayganda ham
energetik samaradorlikni oshirish imkonini berishi aniqlandi. Olingan natijalar raqamli
teleuzatkichlarni loyihalash va modernizatsiya qilishda foydali bo‘lishi mumkin.
Kalit so‘zlar. Quvvat kuchaytirgichi; Doherty arxitekturasi, DVB-T2, OFDM, energiya
samaradorligi, chiziqliligi, PAPR, MER va energiya iste’moli.
75
1. KIRISH
Telekommunikatsiya tizimlari rivojlanishining zamonaviy bosqichi axborot uzatish sifati,
radio uzatuvchi qurilmalarning spektral samaradorligi va energiya tejamkorligiga qo‘yiladigan
talablarning barqaror o‘sishi bilan tavsiflanadi. Bunday sharoitda raqamli efir televideniyesi
ko‘plab mamlakatlarda milliy teleradioeshittirish tarmoqlarini modernizatsiya qilishning muhim
yo‘nalishiga aylandi. Yer usti raqamli televideniyesining ikkinchi avlodi bo‘lgan DVB-T2
standarti o‘zidan avvalgi DVB-T standartiga nisbatan o‘tkazuvchanlik qobiliyatini sezilarli
darajada oshirish, shovqinlarga chidamlilikni yaxshilash va radiochastota spektridan samaraliroq
foydalanish maqsadida yaratilgan.
DVB-T2’ning asosiy afzalliklaridan biri bu - OFDM ko‘p chastotali ortogonal
modulyatsiyasining yuqori samarali kanal kodlash usullari hamda QPSK, 16-QAM, 64-QAM va
256-QAM kabi turli modulyatsiya rejimlari bilan birgalikda qo‘llanilishidir. Bu televizion
kanalning cheklangan chastota polosasida foydali axborotni uzatish tezligini sezilarli darajada
oshirishga va signalning ko‘p nurli tarqalishiga nisbatan chidamliligini yuksaltirishga imkon
beradi.
DVB-T2 standartini joriy etish, ayniqsa, radiochastotalardan foydalanish zichligi yuqori,
radioto‘lqinlar tarqalish sharoitlari murakkab va qabul qilish sifatiga qat’iy talablar qo‘yiladigan
yirik shaharlar va megapolislar uchun muhim ahamiyat kasb etadi. Bunday sharoitlarda uzatuvchi
uskunaning, xususan, quvvat kuchaytirgichining ishlash samaradorligi televizion eshittirishning
ishonchliligi va sifatini ta’minlashda hal qiluvchi rol o‘ynaydi. Quvvat kuchaytirgichi —
uzatkichning eng ko‘p energiya sarflaydigan va texnik jihatdan eng murakkab elementi bo‘lib,
chiqish quvvati, signalning chiziqliligi, spektral tozaligi va butun tizimning ekspluatatsion
ishonchliligi bevosita uning xarakteristikalariga bog‘liqdir.
DVB-T2 standartining barcha yaqqol afzalliklariga qaramay, uni amalda joriy etish bir
qator jiddiy muhandislik muammolariga duch kelmoqda. Eng muhimlaridan biri - uzatkichning
radiochastota traktida OFDM-signallarini kuchaytirishdir. OFDM-signali - bu har biri mustaqil
raqamli ma’lumotlar bilan modulyatsiya qilinadigan ko‘plab ortogonal quyi tashuvchilarning
birikmasidir. Natijada bunday signalning vaqt bo‘yicha shakli yaqqol nostatsionarligi va
amplitudaning yuqori oniy piklari mavjudligi bilan ajralib turadi. OFDM-signalining asosiy
parametri PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) deb nomlanuvchi pik quvvatining o‘rtacha
quvvatga nisbatidir. DVB-T2 signallari uchun PAPR qiymati 8–10 dB va undan ham yuqori
bo‘lishi mumkin, bu esa signalning pik quvvati uning o‘rtacha qiymatidan ancha yuqori ekanligini
anglatadi. Amaliy nuqtayi nazardan, bu quvvat kuchaytirgichining aksariyat vaqt davomida
to‘yinish darajasiga nisbatan chiqish quvvati sezilarli darajada pasaytirilgan rejimda, ya’ni “backoff” deb ataladigan rejimda ishlashiga olib keladi.
A yoki AB sinflarida ishlaydigan an’anaviy quvvat kuchaytirgichlarining samaradorligi
“back-off” rejimida ishlaganda keskin pasayadi. Bunga sabab, chiqish quvvati past bo‘lganda ham,
kuchaytirgich iste’mol qiladigan tok ancha yuqori bo‘lib qoladi, bu esa energiyaning sezilarli
yo‘qotilishiga va issiqlik ajralishining ortishiga olib keladi. Uzoq vaqt davomida uzluksiz ishlashi
zarur bo‘lgan DVB-T2 uzatkichlari uchun bunday yo‘qotishlar iqtisodiy tejamkorlik, ishonchlilik
va sovutish tizimiga qo‘yiladigan talablar nuqtayi nazaridan mutlaqo nomaqbuldir[1-10].
Bundan tashqari, OFDM-signallarini kuchaytirish quvvat kuchaytirgichining chiziqliligiga
juda qat’iy talablar qo‘yadi. Aktiv elementlarning nochiziqli xarakteristikalari AM-AM va AMPM o‘zgarishlari deb nomlanuvchi amplituda va faza buzilishlarini keltirib chiqarishi mumkin. Bu
76
buzilishlar polosadan tashqari nurlanishlarning ko‘payishiga, spektral niqobning yomonlashishiga
va qabul qilinayotgan signal sifatining pasayishiga olib keladi, bu esa MER (Modulation Error
Ratio), EVM (Error Vector Magnitude) va ACLR (Adjacent Channel Leakage Ratio) kabi
parametrlarning yomonlashishida namoyon bo‘ladi.
DVB-T2 standarti uchun spektral niqob va chiziqlilik talablariga rioya qilmaslik qo‘shni
televizion kanallarda shovqinlarni yuzaga keltirishi, ishonchli qabul qilish hududini qisqartirishi
va milliy aloqa regulyatorlarining me’yoriy talablarini buzishi mumkin. Shu bois DVB-T2 uchun
quvvat kuchaytirgichini loyihalash bir vaqtning o‘zida yuqori chiziqlilik, energetik samaradorlik
va chiqish quvvati darajalarining keng diapazonida barqaror ishlashga erishishni talab qiladigan
murakkab, ko‘p mezonli vazifaga aylanadi.
2. ISHNING MAQSADI VA VAZIFALARI
Bunday sharoitda DVB-T2 standartidagi OFDM-signallari bilan ishlash uchun
optimallashtirilgan quvvat kuchaytirgichlarini tadqiq qilish va ishlab chiqish alohida ahamiyat
kasb etadi. Radiouzatuvchi qurilmalar sohasidagi zamonaviy yechimlar tobora ko‘proq Doherty
arxitekturasi kabi ixtisoslashtirilgan quvvat kuchaytirgich arxitekturalariga asoslanmoqda hamda
LDMOS va GaN-tranzistorlar kabi zamonaviy yarimo‘tkazgich texnologiyalari va nochiziqlikni
kompensatsiyalashning raqamli usullari bilan birgalikda qo‘llanilmoqda.
Ushbu ishning maqsadi DVB-T2 standarti uzatgichi uchun mo‘ljallangan quvvat
kuchaytirgichining ishlash prinsiplari va xarakteristikalarini tadqiq etishdan iborat. Shuningdek,
pik-faktori yuqori bo‘lgan OFDM-signallarini kuchaytirishda yuqori chiziqlilik va energiya
samaradorligini ta’minlash maqsadida uning texnik parametrlarini tahlil qilamiz. Quvvat
kuchaytirgich arxitekturasining jismoniy va funksional xususiyatlariga, shuningdek, ish
rejimlarining signal sifati va energiya ko‘rsatkichlarining asosiy parametrlariga ta’siriga alohida
e’tibor qaratiladi. Bundan tashqari, kuchaytirgichning ishlash prinsipi va uning ekspluatatsion
xususiyatlari o‘rtasidagi o‘zaro bog‘liqlikni ham ko‘rib chiqamiz.
Qo‘yilgan maqsadga erishish uchun ushbu ishda bir nechta ilmiy-texnik vazifalarni hal
qilish rejalashtirilgan. Birinchidan, DVB-T2 standartidagi OFDM-signallarining o‘ziga xos
xususiyatlarini tahlil qilish va uzatgichning quvvat kuchaytirgichiga qo‘yiladigan asosiy talablarni
aniqlash lozim. Ikkinchidan, quvvat pasayganda foydali ish koeffitsiyentini oshirishga yordam
beruvchi mexanizmlarga e’tibor qaratgan holda, yuqori PAPR sharoitida ishlaydigan quvvat
kuchaytirgichining ishlash prinsipini ko‘rib chiqish muhimdir. Uchinchidan, quvvat
kuchaytirgichining chiqish quvvati, kuchaytirish koeffitsiyenti, FIK, chiziqlilik va spektral tozalik
kabi asosiy texnik parametrlarini tahlil qilish hamda ularning DVB-T2 standarti talablariga
muvofiqligini baholash zarur.
Ushbu ish natijalari raqamli efir televideniyesi uzatgichlarini loyihalash, modernizatsiya
qilish va ulardan foydalanishda foydali bo‘lishi mumkin. Ular, shuningdek, o‘quv jarayonida
radiouzatuvchi qurilmalar, raqamli aloqa tizimlari va energiya tejamkor radiotexnika bilan bog‘liq
fanlarni o‘rganish uchun qo‘llanilishi mumkin. Olingan xulosalar raqamli televizion ko‘rsatuvlar
samaradorligi va sifatini oshirish ustida ishlayotgan muhandislar va tadqiqotchilar uchun
qiziqarlidir.
DVB-T2 standartining radiouzatuvchi qurilmalarning chiziqliligi, spektral tozaligi va
energiya samaradorligiga qo‘yadigan talablari sababli, quvvat kuchaytirgichi, ayniqsa OFDMsignalining pik-faktori yuqori bo‘lgan sharoitlarda, uzatgichning asosiy elementiga aylanadi.
77
Uzatish sifatining zarur ko‘rsatkichlarini ta’minlash va ayni vaqtda energiya yo‘qotishlarini
kamaytirish uchun chiqish quvvati pasaytirilgan rejimda (output back-off) ishlaydigan quvvat
kuchaytirgichlarining maxsus arxitekturalaridan foydalanish zarur. Ushbu ishda biz DVB-T2
standartidagi eshittirish uzatgichlarida keng qo‘llaniladigan Doherty tipidagi quvvat kuchaytirgich
arxitekturasini ko‘rib chiqamiz. Quyida DVB-T2 quvvat kuchaytirgichining tuzilishi, uning asosiy
qismlari va ularning eshittirish uzatgichi tarkibidagi funksional vazifalari tavsiflanadi.
Efir televideniyesi (UHF) uchun mo‘ljallangan DVB-T2 uzatkichlarida quvvat
kuchaytirgichi deyarli har doim Doherty PA tarzida amalga oshiriladi. Bunga sabab, OFDM
signali yuqori PAPRga ega bo‘lib, uzatkich aksariyat vaqtini back-off rejimida ishlaydi.
Tuzilmaviy jihatdan quvvat kuchaytirish trakti bir nechta funksional kaskadni o‘z ichiga oladi [1–
10].
1. Drayver kuchaytirgichi (Driver/Pre-PA): bu komponent RF-signal darajasini chiqish
tranzistorlari LDMOS yoki GaN bo‘lishidan qat’i nazar, ularni boshqara oladigan darajaga
ko‘taradi.
2. Kirish bo‘lgichi (fazashakllantirgich): uning vazifasi – signalni Main va Peak yelkalariga
mo‘ljallangan, belgilangan amplituda-faza nisbatiga ega bo‘lgan ikkita kanalga ajratishdir.
3. Asosiy yelka (Main, Carrier PA): bu uzluksiz ishlaydigan AB sinfidagi (yoki “yumshoq
AB”) kuchaytirgich. U signalning past va o‘rta darajalarida chiziqlilikni ta’minlab, quvvatning
asosiy qismini back-off sohasida hosil qiladi.
4. Pik yelkasi (Peak, Peaking PA): bu C sinfidagi (yoki chuqur AB) kuchaytirgich bo‘lib,
past darajalarda deyarli nofaol bo‘ladi va faqat OFDM-qobig‘ining katta lahzali amplitudalarida
ishga tushadi.
5. Doherty jamlagichi va λ/4-impedans invertori: bu tugunlar Doherty arxitekturasining
asosiy xususiyati - asosiy yelka yuklamasining dinamik modulyatsiyasini amalga oshiradi.
6. Chiqish filtri (mask filter): u eshittirishning spektral niqobiga muvofiqlikni ta’minlash
uchun polosadan tashqari nurlanishlar va garmonikalarni cheklaydi.
7. Yo‘naltirilgan tarmoqlagich (datchiklar): ALC (avtomatik rostlash), VSWR himoyasi va
DPD qayta aloqasi uchun to‘g‘ri va qaytgan quvvatni nazorat qiladi.
Doherty arxitekturasiga asoslangan DVB-T2 quvvat kuchaytirgichining tuzilishi
uzatkichning asosiy tugunlari o‘zaro qanday ta’sirlashishini belgilab beradi hamda keng polosalab
raqamli signal bilan ishlashda energiya samaradorligini oshirish imkonini beradi. Biroq, shuni
ta’kidlash joizki, ushbu arxitekturadan foydalanishning maqsadga muvofiqligi faqatgina
kuchaytirgichning konstruktiv xususiyatlariga emas, balki kuchaytirilayotgan signalning asosiy
xossalariga ham bog‘liqdir. Doherty arxitekturasini tanlashni asoslash uchun DVB-T2
standartidagi OFDM-signalining xususiyatlarini, ayniqsa, uning pik-faktorini va
kuchaytirgichning pik chiqish quvvatiga qo‘yiladigan tegishli talablarni tahlil qilish zarur. Endi
OFDM-signalining yuqori PAPR ko‘rsatkichi quvvat kuchaytirgichining ish rejimlariga qanday
ta’sir
qilishini
ko‘rib
chiqamiz
va
DVB-T2 radioeshittirish uzatkichlaridagi pik yuklamalarning miqdoriy tahlilini o‘tkazamiz.
DVB-T2 OFDM-signali haqiqatan ham yuqori pik-faktorga ega [1-4,6,7,10-13]:
𝑃
𝑃
𝑃𝐴𝑅𝑃 = 𝑃𝑝𝑒𝑎𝑘 , 𝑃𝐴𝑅𝑃𝑑𝐵 = 10 log10 ( 𝑃𝑝𝑒𝑎𝑘 )
𝑎𝑣𝑔
𝑎𝑣𝑔
78
(1)
DVB-T2 uchun odatda o‘rovchi chiziq bo‘yicha 8-10 dB diapazondagi loyihalash darajasi
qabul qilinadi (aniq qiymat rejim, pilot-signallar va klippingga bog‘liq). Misol uchun, Pavg = 2
kVt bo‘lgan eshittirish uzatgichini olsak (manbada Toshkent teleminorasi uchun ko‘rsatilganidek),
PAPR = 9 dB bo‘lganda quyidagi nisbat hosil bo‘ladi:
109/10 ≈ 7,94
(2)
Bunday holda o‘rama chiziqning pik (yuqori) quvvati (PEP) quyidagicha bo‘ladi:
𝑃𝑝𝑒𝑎𝑘 ≈ 2000 ∙ 7,94 = 19,9 кВт
(3)
Demak, agar o‘rtacha quvvat 2 kV·t bo‘lsa, kuchaytirish trakti o‘rab oluvchi chiziq bo‘ylab
taxminan 16 kVt lik oniy piklarni qayta ishlay olishi kerak. Aks holda muammolar boshlanadi:
kompressiya, diapazondan tashqari nurlanishlarning ortishi va MER/EVM ko‘rsatkichining
yomonlashishi.
Aynan shuning uchun oddiy AB sinfi qo‘shimcha choralarsiz katta Chiqish quvvati
pasayishi (OBO) bilan ishlashga majbur bo‘ladi:
𝑃
𝑂𝐵𝑂𝑑𝐵 = 10 log10 (𝑃𝑠𝑎𝑡 )
𝑎𝑣𝑔
(4)
Odatda, DVB-T2 ning spektral niqobi va chiziqliligini ta’minlash uchun DPD, filtr va
regulyator talablariga qarab, taxminan 6 dB dan 9 dB gacha bo‘lgan OBO tanlanadi. Bunday backoff holatida an’anaviy AB sinfining foydali ish koeffitsiyenti sezilarli darajada pasayadi va bu
Doherti texnologiyasidan foydalanish zaruratini yuzaga keltiradi. DVB-T2 standarti OFDM
signalining pik-faktori va u bilan bog‘liq bo‘lgan kuchaytirgichning eng yuqori chiqish quvvatiga
qo‘yiladigan talablar tahlili shuni ko‘rsatadiki, uzatkichning samarali ishlashi chiqish back-off
rejimida yuqori energiya samaradorligini ta’minlaydigan maxsus arxitekturasiz imkonsizdir. Bu
talablar kuchaytirish traktini funksional jihatdan bir necha kaskadga ajratish orqali amalga
oshiriladi, ularning har biri signal o‘rab turuvchisining sathiga bog‘liq holda optimal rejimda
ishlaydi. Shu munosabat bilan, keyingi qismda biz Doherti quvvat kuchaytirgichining alohida
kaskadlari vazifasini ko‘rib chiqamiz hamda ularning chiqish signalini shakllantirishdagi,
shuningdek, zarur energetik va chiziqli xususiyatlarni ta’minlashdagi jismoniy rolini tahlil qilamiz.
Drayver kaskadi chiqish tranzistorlarining zaruriy qo‘zg‘alish darajasi uchun mas’ul
bo‘lib, sozlash uchun “zaxira” yaratadi. Radioeshittirish tizimlarida drayver ancha chiziqli rejimda
ishlaydi, chiqish quvvatining umumiy nazorati esa qo‘zg‘alish darajasiga ta’sir qiluvchi ALC
orqali amalga oshiriladi. Bundan tashqari, drayver keng poloslilikni (kanal polosasi 8 MHz) va
faza barqarorligini ta’minlashi kerak, chunki Main va Peak tarmoqlari orasidagi faza xatoliklari
signallar yig‘indisi sifatini va chiziqlilikni yomonlashtirishi mumkin [1,2,7,8,14].
Doherty arxitekturasida ikkala yelkaning toklari (yoki ekvivalent chiqish kuchlanishlari)
to‘g‘ri yig‘ilishi o‘ta muhim. Shu sababli, kirish bo‘luvchisi quyidagilarni belgilaydi:
- Main va Peak yelkalarining qo‘zg‘atish amplitudalari nisbatini;
- fazalar nisbatini (ko‘pincha 90°li gibrid yoki ekvivalent zanjir orqali).
79