T E L K O M N I K T elec o m m un ica t io n Co m pu t ing   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 ,   p p .   765 ~ 7 7 8   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 /TE L KOM NI KA. v 24 i 3 . 2 7 3 9 4       765       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //jo u r n a l.u a d . a c. id /in d ex . p h p /TELK OM N I K A   H y brid  G A SA   o ptimiza tion  for  e M BB - o riented  s p ectr um   a llo ca tion i n 5G  d ev ice - to - d ev ice co mm unica tio n       M o hd   Azr u la zwa n J us o h   @   M o hd   Yu s o f f ,   No F a dzila Abdu l la h,  Asm a   Abu Sa m a h   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l ,   El e c t r o n i c   a n d   S y s t e ms   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   B u i l t   En v i r o n me n t ,   U n i v e r s i t i   K e b a n g saa n   M a l a y si a ,   S e l a n g o r ,   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l   12 2 0 2 5   R ev is ed   Feb   4 2 0 2 6   Acc ep ted   Mar   29 2 0 2 6       Th e   e x p l o siv e   g r o wth   o e n h a n c e d   m o b il e   b r o a d b a n d   (e M BB)  s e rv ice in   fift h   g e n e ra ti o n   ( 5G )   n e two r k s   p re se n ts  n e c h a ll e n g e in   m a in tain i n g   q u a li t y   o se rv ice   (Qo S ),   p a rti c u l a rly   u n d e d e n se   d e p lo y m e n ts  wi th   d e v ice - to - d e v ice   (D2 D)  c o m m u n ica ti o n .   In terfe re n c e   c a u se d   b y   sp e c tru m   re u se   a m o n g   D 2 p a irs   a n d   c e ll u lar  u se rs  c a n   sig n ifi c a n tl y   d e g ra d e   sig n a l - to - in terfe re n c e - p lu s - n o ise   ra ti o   or   sig n a l - to - in terfe re n c e - p l u s - n o i se   ra ti o   ( S INR ) ,   th r o u g h p u t,   a n d   fa ir n e ss .   Th is  p a p e a d d re ss e th e   u n d e re x p lo re d   p ro b lem   o o p ti m izin g   sp e c tr u m   a ll o c a ti o n   in   e M BB - s p e c ifi c   D2 sc e n a rio s   b y   p r o p o sin g   a   h y b ri d   m e tah e u risti c   fra m e wo rk   c o m b i n in g   g e n e ti c   a lg o rit h m   (G A)  a n d   sim u late d   a n n e a li n g   (S A) .   Th e   p r o p o se d   h y b ri d   G A S a lg o rit h m   lev e ra g e G A’s   g l o b a l   e x p l o ra ti o n   a n d   S A’s   l o c a e x p l o it a ti o n   to   imp ro v e   a ll o c a ti o n   q u a li t y   w h il e   e n su rin g   r o b u stn e ss .   S imu lati o n   re su lt s   re v e a th a t h e   h y b rid   a p p r o a c h   a c h iev e u p   t o   2 5 %   imp r o v e m e n t   in   S INR,   a n   1 8 %   i n c r e a se   in   a g g re g a te   th r o u g h p u t ,   a n d   a   2 2 %   re d u c ti o n   i n   in terfe re n c e   c o m p a re d   t o   sta n d a lo n e   G a n d   S a l g o r it h m s.  F u r th e rm o re ,   th e   fra m e wo rk   a c h iev e imp r o v e d   fa ir n e ss   p e rfo rm a n c e   w h il e   m a in tain i n g   c o m p e ti ti v e   S INR   a n d   th r o u g h p u u n d e d e n se   e M BB - o rien te d   d e p lo y m e n t   sc e n a rio s.   Th e   a l g o rit h m   d e m o n stra tes   e fficie n c o n v e r g e n c e   b e h a v io a n d   sc a lab il it y   to   larg e u se p o p u latio n s,  m a k i n g   it   su it a b le  fo re a l - ti m e   o larg e - sc a le  d e p lo y m e n ts.  T h e se   re su lt a ffir m   th e   sig n ifi c a n c e   o tailo re d   h y b rid   o p ti m iza ti o n   i n   i n terfe re n c e - a wa r e   sp e c tru m   m a n a g e m e n fo fu t u re   5 G   n e two rk s.   K ey w o r d s :   5 n etwo r k s   Dev ice - to - d ev ice  co m m u n icatio n   eM B B   Gen etic  alg o r ith m   Hy b r id   m etah e u r is tics   Simu lated   an n ea lin g   Sp ec tr u m   allo ca tio n   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h d   Azr u lazw an   J u s o h   @   Mo h d   Yu s o f f   Dep ar tm en t o f   E lectr ical,   E lec tr o n ic  an d   Sy s tem s   E n g in ee r in g   Facu lty   o f   E n g in ee r in g   an d   B u ilt E n v ir o n m en t,   Un i v er s iti Ke b an g s aa n   Ma lay s ia    4 3 6 0 0   UKM   B an g i,  Selan g o r ,   M alay s ia   E m ail:  az r u lazw an 1 9 8 3 @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O   T h f if th   g e n er atio n   ( 5 G)   o f   wir eless   co m m u n icatio n   n et wo r k s   is   d esig n ed   to   m ee th g r o win g   d em an d   f o r   h i g h - s p ee d   d ata,   m ass iv co n n ec tiv ity ,   an d   l o w - laten cy   ap p licatio n s   ac r o s s   d iv er s s er v ice   ca teg o r ies.  T h e   I n te r n atio n al   T elec o m m u n icatio n   Un io n   ( I T U)   class if ies  5 u s ca s es  in to   th r ee   m ain   ca teg o r ies:   en h an ce d   m o b ile  b r o ad b an d   ( eM B B ) ,   u ltra - r eliab le  lo w - laten cy   co m m u n icat io n s   ( u R L L C ) ,   an d   m ass iv m ac h in e - ty p co m m u n icatio n s   ( m MT C )   [ 1 ] .   Am o n g   th ese,   eM B B   i s   c u r r en tly   th m o s co m m er cially   d ep lo y ed   a n d   wid ely   ad o p ted   ca teg o r y   d u t o   its   s u p p o r f o r   h ig h - th r o u g h p u ap p licatio n s   s u ch   as  u ltra - h ig h - d ef i n itio n   ( UHD)   s tr ea m in g ,   au g m en ted   r ea lity   ( AR ) ,   v ir tu al  r ea lity   ( V R ) ,   an d   clo u d - b ase d   s er v ices  [ 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 7 6 5 - 7 7 8   766   T o   s u p p o r s u ch   b an d wid th - i n ten s iv ap p licatio n s ,   eM B B   r eq u ir es  ef f icie n u tili za tio n   o f   av ailab le  s p ec tr u m   an d   ef f ec tiv m an ag em en o f   n etwo r k   r eso u r c es.  D ev ice - to - d ev ice  ( D2 D)   co m m u n icatio n   h as   em er g ed   as  p r o m is in g   s o l u tio n   to   en h a n ce   s p ec tr al  e f f ici en cy   b y   allo win g   d ir ec t   co m m u n icatio n   b etwe en   n ea r b y   u s er s   with o u t   r o u tin g   th r o u g h   th b ase  s tatio n   ( B S)   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T h is   u n d e r lay   co m m u n icatio n   m o d el,   h o wev er ,   in t r o d u ce s   s ig n if ican in ter f er en ce ,   esp ec ially   wh en   D2 lin k s   s h ar th s a m u p lin k   s p ec tr u m   r eso u r ce s   as c ellu lar   u s er s   [ 5 ] .   T h in ter f e r en ce   r esu ltin g   f r o m   D2 s p ec tr u m   r e u s p o s es  ch allen g es  to   m ain tain in g   h ig h   s ig n al - to - in ter f er en ce - p lu s - n o is r atio   ( SIN R ) ,   f air n ess ,   an d   s y s tem   t h r o u g h p u t.  I n   d en s d ep lo y m en s ce n ar io s   ty p ical  o f   u r b an   eM B B   u s ca s es,  th ese  in ter f er en ce   lev els  ca n   s ev er ely   d eg r ad q u ality   o f   s er v ice  ( Qo S)  [ 6 ] T h er ef o r e,   s p ec tr u m   allo ca tio n   an d   i n ter f er e n ce   m itig atio n   h av b ec o m cr itical  co m p o n en ts   o f   r eso u r ce   m an ag em en t i n   5 eM B B - o r ien ted   D2 n etwo r k s .   Sev er al  ex is tin g   ap p r o ac h es  h av b ee n   p r o p o s ed   f o r   in ter f er en ce - awa r s p ec tr u m   allo ca tio n .   Gr ap h - b ased   an d   h eu r is tic  m eth o d s   p r o v id s im p licity   b u o f te n   s u f f er   f r o m   s ca lab ilit y   lim itatio n s   an d   p o o r   p er f o r m an ce   i n   d y n am ic  e n v ir o n m en ts   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   Me tah eu r is ti alg o r ith m s ,   s u c h   as  g e n etic  a lg o r ith m   ( GA)   an d   s im u lated   a n n ea lin g   ( SA) ,   h a v g ain ed   atten tio n   f o r   th eir   ab ilit y   to   ex p lo r e   co m p le x   s o lu tio n   s p ac es  an d   av o id   lo ca o p tim [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   Ho wev er ,   ea ch   tech n iq u h as  lim itatio n s ,   GA   ten d s   to   co n v er g p r em at u r ely ,   wh ile  SA’ s   p er f o r m an ce   is   h ig h ly   s en s itiv to   in itializatio n   an d   co o li n g   s ch ed u les.   Hy b r id   m etah e u r is tics   h av b ee n   in tr o d u ce d   to   o v er c o m t h ese  in d iv id u al  lim itatio n s   b y   co m b in in g   th s tr en g th s   o f   two   o r   m o r alg o r ith m s .   Pre v io u s   s tu d ies  h av ex p lo r ed   h y b r id   co m b in atio n s   s u ch   as  GA - p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PSO )   an d   GA - an co lo n y   o p ti m izatio n   ( AC O )   f o r   r eso u r ce   allo ca tio n ,   r ep o r tin g   p er f o r m an ce   im p r o v e m en ts   i n   v ar io u s   o p tim izatio n   p r o b le m s   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   I n   p a r ticu lar ,   c o m b in in g   GA  with   SA  h as  s h o wn   im p r o v e d   co n v er g en ce   an d   s o lu tio n   q u ality   in   ap p licatio n s   s u ch   as  task   s ch ed u lin g   an d   e n er g y   o p tim izatio n   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   Nev er th eless ,   th ap p licatio n   o f   h y b r id   GA SA  alg o r ith m s   to   eM B B - s p ec if ic  D2 s ce n ar io s   r em ain s   lar g ely   u n ex p lo r ed .   Mo s p r io r   s tu d ies  f o c u s   o n   g e n er al  in ter f er e n ce   m itig atio n   o r   o th er   5 u s ca s es   s u ch   as  u R L L C   an d   m MT C   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] Mo r e   r ec en r esear c h   h as  s tar ted   to   a d d r ess   th is   g ap   u s in g   a d v an ce d   lear n in g   an d   o p tim izatio n   tec h n iq u es.  Fo r   ex a m p le,   Ye   et  a l [ 1 7 ]   a p p lied   d ee p   r ein f o r c em en lear n in g   ( R L )   f o r   D2 D   r eso u r ce   allo ca tio n   i n   5 u n d e r lay   n etwo r k s .   Su n   et  a l [ 1 8 ]   in tr o d u ce d   a n   in te llig en tr af f ic  l o ad   p r ed ictio n - b ased   a d ap tiv e   ch a n n el  ass ig n m en t   s tr ateg y   f o r   D2 co m m u n icatio n s ,   w h ile  Z h an g   et  a l [ 1 9 ]   h ig h lig h ted   t h in teg r atio n   o f   ar tific ial  in tellig en ce   ( AI ) - d r i v en   d ec is io n - m a k in g   in t o   5 r eso u r ce   allo ca tio n   f r am ewo r k s .   I n   a d d itio n ,   W an g   et  a l [ 2 0 ]   ex p lo r ed   en er g y - ef f icien allo ca tio n   s tr ateg ies  u n d er   Qo S   co n s tr ain ts ,   an d   f u r th er   s tu d ies  in v esti g ated   in tellig en s p ec tr u m   m an ag e m en an d   lear n in g - ass is ted   in ter f er en ce   m itig atio n   f o r   d e n s 5 d ep lo y m e n ts   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] .   T h is   r esear ch   ad d r ess es  th is   g ap   b y   p r o p o s in g   n o v el   h y b r id   GA SA  f r am ewo r k   d esig n ed   s p ec if ically   f o r   s p ec tr u m   allo c atio n   in   eM B B - o r ien ted   5 D 2 n etwo r k s .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   i n teg r ates   GA’ s   g lo b al  s ea r ch   ca p ab ilit y   with   SA’ s   lo ca r ef in em en m ec h an is m   to   en h an ce   r eso u r ce   allo ca tio n   ef f icien cy .   I tar g ets  im p r o v e m en ts   in   SIN R   d is tr ib u tio n ,   s y s tem   th r o u g h p u t,  i n ter f er en ce   r ed u ctio n ,   an d   f air n ess   ac r o s s   u s er s   u n d er   d e n s n etwo r k   co n d itio n s .   T h k ey   co n tr i b u tio n s   o f   th is   p ap er   ar e:   i)   a   h y b r id   GA SA  o p tim izatio n   f r am ewo r k   is   p r o p o s ed   to   ad d r ess   th u n iq u Qo d em a n d s   o f   eM B B   in   5 D2 n et wo r k s ii)  t h alg o r ith m   b alan ce s   ex p lo r atio n   an d   ex p lo itatio n   to   im p r o v co n v er g en ce   an d   s o lu tio n   q u ality ;   iii)  s im u latio n   r esu lts   d em o n s tr ate  s ig n if ican im p r o v em e n ts   in   SIN R ,   th r o u g h p u t,  i n ter f er e n ce   m itig atio n ,   an d   f air n ess   co m p ar ed   to   s tan d alo n GA  an d   SA   m eth o d s an d   iv )   t h e   f r am ewo r k   is   ev alu ate d   u n d er   r ea lis tic  5 d ep lo y m en t   p ar am eter s   an d   s h o ws  s ca lab ilit y   to   s u p p o r h ig h   u s er   d e n s ity .   T h r em ain d er   o f   th is   p ap e r   is   o r g an ized   as   th e   f o llo w s:   s ec tio n   2   d is cu s s es   r elate d   wo r k   an d   b ac k g r o u n d   tech n iq u es.  Sectio n   3   d etails   th p r o p o s ed   s y s tem   m o d el  an d   h y b r id   GA SA   m eth o d o l o g y .   Sectio n   4   p r esen ts   th s im u latio n   s etu p ,   r esu l ts ,   an d   d is cu s s io n .   Sectio n   5   c o n clu d es  th p ap e r   an d   o u tlin es d i r ec tio n s   f o r   f u t u r wo r k .       2.   RE L AT E WO RK   AND  B ACK G RO UND  T E CH NIQ UE S   E f f icien s p ec tr u m   allo ca tio n   in   D2 co m m u n icatio n   u n d e r   5 n etwo r k s   h as  b ee n   wid e ly   s tu d ied   u s in g   v ar i o u s   tech n iq u es,  r a n g in g   f r o m   tr a d itio n al  h e u r is tic  ap p r o ac h es  to   ad v an ce d   h y b r i d   m etah eu r is tic  an d   m ac h in lear n i n g   m et h o d s .   T h is   s ec tio n   r ev iews  th m o s r elev an s tu d ies,  f o c u s in g   o n   in ter f er en ce - awa r e   r eso u r ce   allo ca tio n   f o r   eM B B - o r ien ted   D2 s ce n ar i o s     2 . 1 .     G ra ph - ba s ed  a nd   heuri s t ic  a pp ro a ches   E ar ly   wo r k s   in   D2 s p ec tr u m   allo ca tio n   p r e d o m in a n tly   u tili ze d   g r ap h - b ased   i n ter f er e n ce   m o d els   an d   h e u r is tic  alg o r ith m s   d u to   th eir   s im p licity   a n d   l o co m p u tatio n al  co m p lex ity .   Z h an g   et  a l [ 5 ]   f o r m u lated   r eso u r ce   s h ar in g   a s   g r ap h - co l o r in g   p r o b lem ,   wh er D2 lin k s   ar r ep r ese n ted   as  v er tices  an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Hyb r id   GA S A   o p timiz a tio n   fo r   eMB B - o r ien ted   s p ec tr u m     ( Mo h d   A z r u la z w a n   Ju s o h   @   Mo h d   Yu s o ff )   767   in ter f er en ce   r elatio n s h ip s   as  e d g es,  en a b lin g   e f f icien allo ca tio n   th r o u g h   g r ap h   p ar titi o n i n g .   I v an o v   et  a l [ 7 ]   f u r th er   e x p lo r e d   in ter f er e n ce   co o r d in atio n   m ec h a n is m s   in   D2 u n d er lay   n etwo r k s   u s in g   h eu r is tic  tech n iq u es  to   av o id   c o - ch an n el  in ter f e r e n ce .   W h ile  th ese  m eth o d s   p r o v id lo w - co m p lex ity   s o lu tio n s ,   th ey   o f ten   f ail  to   ad ap to   d y n am ic  n etwo r k   en v ir o n m en ts   an d   s u f f er   f r o m   r ed u ce d   p er f o r m a n ce   in   lar g e - s ca le,   d e n s d ep lo y m e n ts   ty p ical  o f   eM B B   s ce n ar io s .   T h s tatic  n atu r o f   th ese  alg o r ith m s   lim its   th eir   ab ilit y   to   g u ar an te e   Qo S wh en   u s er   d is tr ib u tio n s   an d   ch a n n el  co n d itio n s   ch an g r ap id ly .     2 . 2 .     M et a heuris t ic  o ptim iza t io n t ec hn iqu e s   To   ad d r ess   th lim itatio n s   o f   h eu r is tic  m eth o d s ,   r esear ch er s   h av ex p lo r e d   m etah e u r is tic  alg o r ith m s   s u ch   as  GA,   PS O,   A C O,   an d   SA  f o r   r eso u r ce   allo ca tio n .   T h ese  alg o r ith m s   ar ca p ab le  o f   n av ig atin g   c o m p lex   s o lu tio n   s p ac es  an d   a v o id i n g   lo ca o p tim a,   m a k in g   t h em   s u itab le  f o r   in ter f e r en ce - awa r s p ec tr u m   o p tim izatio n .   C h an d r asek h ar a n   et  a l .   [ 8 ]   d is cu s s ed   ad v an ce d   wir eless   r eso u r ce   m an ag em en an d   o p tim izatio n   ch allen g es  in   f u tu r co m m u n i ca tio n   n etwo r k s ,   m o tiv atin g   a d ap tiv s p ec tr u m   allo ca tio n   s tr ateg ies  f o r   d en s d ep lo y m e n ts Ash tian et  a l .   [ 9 ]   in v esti g ated   p o wer   allo ca tio n   an d   r eso u r ce   ass ig n m en f o r   D2 co m m u n icatio n s   u n d er ly in g   ce llu lar   n etwo r k s ,   h ig h li g h tin g   th im p o r tan ce   o f   in ter f er e n ce - awa r o p tim izatio n   u n d er   d en s r eu s co n d itio n s .   PSO - b ased   r eso u r ce   allo ca tio n   u n d e r   lo n g   ter m   ev o lu tio n   ( L T E )   n etwo r k s   was  in v esti g ated   b y   So n g   et  al.   [ 1 0 ]   d is cu s s ed   r eso u r ce   m an ag em e n s tr ateg ies   f o r   D2 u n d er lay   co m m u n icatio n ,   em p h asizin g   th im p o r tan ce   o f   in ter f e r e n ce - awa r o p tim izatio n   a n d   ad ap tiv allo ca tio n   m ec h an is m s .   Fen g   et   a l .   [ 1 2 ]   p r o p o s ed   GA - PS h y b r id   f o r   D2 r eso u r ce   allo ca tio n ,   ac h iev i n g   b etter   th r o u g h p u an d   SIN R   p er f o r m an ce   th an   in d iv i d u al  alg o r it h m s .   W h ile  th ese  m etah eu r is t ic  ap p r o ac h es  s h o w   p r o m is e,   GA  m a y   s u f f e r   f r o m   p r em at u r c o n v er g en ce ,   a n d   SA  p e r f o r m an ce   is   s en s itiv to   tem p er atu r e   s ch ed u lin g   an d   in itializatio n   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   T h er e f o r e,   co m b i n i n g   GA’ s   g lo b al  s ea r c h   an d   SA’ s   lo ca r ef in em en t   in   h y b r id   s tr u ctu r h as b ec o m an   attr ac tiv r esear ch   d ir ec tio n .     2 . 3 .     ML   a nd   inte llig ent   t ec hn iqu e s   R ec en t a d v an ce m en ts   in   AI   h a v led   to   th ad o p tio n   o f   m ac h in lear n in g   ( ML )   an d   d ee p   le ar n in g   f o r   s p ec tr u m   allo ca tio n   an d   in ter f er en ce   m an a g em en in   D2 D   n etwo r k s .   Ye   et  a l [ 1 7 ]   p r o p o s ed   d ee p   RL   f r am ewo r k   f o r   D2 r eso u r ce   allo ca tio n   u n d er   5 n etwo r k s ,   en ab lin g   ad a p tiv allo ca tio n   in   h ig h ly   d y n a m ic  en v ir o n m en ts .   Su n   et  a l [ 1 8 ]   in v esti g ated   o p tim al  j o in p o wer   an d   s u b ca r r ie r   allo ca t io n   f o r   f u ll - d u p lex   m u lticar r ier   n o n - o r t h o g o n al  m u ltip le  ac ce s s   ( NOM A)   s y s tem s ,   d em o n s tr atin g   h o w   in ter f er en ce - awa r e   o p tim izatio n   ca n   im p r o v e   s p ec tr al  u tili za tio n   u n d er   s tr o n g   co u p lin g .   Z h an g   et  a l [ 1 9 ]   d is cu s s ed   n etwo r k   s licin g   in   5 a n d   f u tu r m o b i le  n etwo r k s ,   h ig h lig h tin g   m o b ilit y - awa r r eso u r ce   m an a g em en ch allen g es  t h at  m o tiv ate  in tellig en t,  c o n tex t - awa r allo ca tio n   p o licies.   T h ese  lear n in g - b ased   ap p r o ac h e s   o f f er   a d ap tab ilit y   an d   s ca lab ilit y   b u m ay   r eq u ir lar g t r ain in g   d atasets   an d   s u f f er   f r o m   lo n g   co n v er g en ce   tim es  in   h ig h ly   d y n am ic  s ce n ar io s .   Fu r th er m o r e,   p u r ML - b ased   m eth o d s   m ay   n o f u lly   ex p lo it  th s tr u ctu r ed   o p tim izatio n   ad v an tag es o f   ev o l u tio n ar y   alg o r ith m s .     2 . 4 .     H y brid a nd   re ce nt  ev o l utio na ry lea rning   f ra m ewo r k s   T o   co m b in t h s tr en g t h s   o f   m etah eu r is tics   an d   in tellig en t   m eth o d s ,   s ev er al   h y b r id   f r am e wo r k s   h av e   b ee n   in tr o d u ce d   in   r ec en y e ar s .   B ey o n d   AI - b ased   h y b r id s ,   W an g   et  a l .   [ 2 0 ]   d e v elo p ed   en er g y - ef f icien r eso u r ce   allo ca tio n   m ec h an is m s ,   Z h ao   an d   W an g   et  a l .   [ 2 1 ]   ex p lo r ed   s p ec tr al  ef f icien cy   o p tim izatio n   f o r   wir eless - p o wer ed   D2 co m m u n icatio n s ,   an d   L iu   et  a l .   [ 2 2 ]   i n v esti g ated   NOM s ch em es  f o r   s p ec tr u m   ef f icien cy   en h an ce m e n t Sev e r al  ea r lier   s tu d ies  h av in v esti g ated   in ter f er e n ce - awa r s p e ctr u m   s h ar in g   an d   p o wer   co n tr o f o r   D2 u n d er lay   ce llu lar   n etwo r k s   [ 2 3 ] [ 2 6 ] .   T h ese  wo r k s   d em o n s tr ated   th at  ef f icien t   r eso u r ce   b lo c k   ( R B )   r eu s an d   p o wer   o p tim izatio n   ca n   s ig n if ican tly   im p r o v s p ec tr u m   ef f icien cy   wh ile   m itig atin g   cr o s s - tier   i n ter f er e n ce   in   d en s wir eless   d ep l o y m en ts .   Nev er t h eless ,   m o s ex is tin g   ap p r o ac h es  f o cu s   p r im ar ily   o n   eith er   th r o u g h p u m ax im izatio n   o r   in ter f er en ce   r ed u ctio n   alo n e,   with   l im ited   em p h asis   o n   jo in tly   b alan cin g   th r o u g h p u t,  f air n ess ,   an d   co n v er g e n ce   s tab ilit y   u n d er   d en s eM B B - o r ien ted   s ce n ar io s .     2 . 5 .     G a a na ly s is   a nd   re s ea rc h m o t iv a t io n   T o   clea r ly   p o s itio n   th is   wo r k   ag ain s ex is tin g   i n ter f er en ce - a war s p ec tr u m   allo ca tio n   s tr a teg ies  f o r   5 D2 D,   T a b le  1   s u m m ar ize s   r ep r esen tativ p r io r   s tu d ies  an d   h ig h lig h ts   th e   r em ai n in g   r esear ch   g a p s .   T h e   co m p ar is o n   f o cu s es  o n :   i)   th e   o p tim izatio n /lear n in g   ap p r o ac h ;   ii)  th m ain   o b jectiv e( s )   an d   k ey   p er f o r m a n ce   in d icato r   ( KPI ( s ) ) ;   an d   iii)  wh eth er   th e   m eth o d   is   ex p licitly   tailo r ed   to   d en s eM B B - o r ien ted   D2 s p ec tr u m   r eu s s ce n ar io s .   As  in d icate d   in   T ab le  1 ,   g r ap h - b ased   a n d   h e u r is tic  m eth o d s   o f f e r   lo co m p lex ity   b u ca n   b e   s u b o p tim al  in   d en s d ep lo y m en ts   an d   lack   r o b u s tn ess   to   co m p lex   in ter f er en ce   co u p lin g .   Pu r m etah eu r is tics   s u ch   as  GA  an d   SA  p r o v id s tr o n g er   s ea r ch   ca p ab ilit y   b u s u f f er   f r o m   p r e m atu r c o n v er g en ce   GA  o r   s en s itiv ity   to   co o lin g /in itializatio n   SA.  L ea r n in g - b ased   an d   ev o lu tio n ar y   lear n i n g   h y b r id s   im p r o v a d ap tiv ity   b u in tr o d u ce   tr ain in g   an d   im p lem en tatio n   o v e r h ea d .   T h er e f o r e,   th er r em ai n s   p r ac tical  g ap   f o r   tr ac tab le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 7 6 5 - 7 7 8   768   y et  ef f ec tiv h y b r id   o p tim ize r   th at :   i)   ex p licitly   tar g ets  d en s eM B B - o r ien ted   D2 s p ec tr u m   r e u s an d     ii)  ac h iev es  b alan ce d   im p r o v em en ac r o s s   SIN R ,   th r o u g h p u t,  in te r f er en ce ,   an d   f air n ess   m o tiv atin g   th p r o p o s ed   h y b r id   GA SA f r am ewo r k .       T ab le  1 .   S u m m a r izes r ep r esen tativ p r io r   s tu d ies an d   h ig h lig h ts   th r em ain in g   r esear ch   g a p s   R e f .   A p p r o a c h   O b j e c t i v e   K e y   K P I s   r e p o r t e d   F o c u s   S t r e n g t h   L i m i t a t i o n / g a p   i d e n t i f i e d   [ 5 ]   G r a p h - b a s e d   ( g r a p h   c o l o r i n g / r e s o u r c e   s h a r i n g )   I n t e r f e r e n c e - a w a r e   c h a n n e l   r e u s e   I n t e r f e r e n c e ,   t h r o u g h p u t / S I N R   ( t y p . )   D 2 D   u n d e r l a y   S i m p l e   a n d   l o w   c o m p l e x i t y   L i m i t e d   a d a p t a b i l i t y ;   m a y   d e g r a d e   i n   d e n s e   d e p l o y m e n t s ;   n o t   t a i l o r e d   t o   e M B B - s p e c i f i c   Q o S   n e e d s   [ 7 ]   H e u r i s t i c   i n t e r f e r e n c e   c o o r d i n a t i o n   R e d u c e   c o - c h a n n e l   i n t e r f e r e n c e   I n t e r f e r e n c e ,   S I N R   ( t y p . )   D 2 D   u n d e r l a y   P r a c t i c a l   c o o r d i n a t i o n   c o n c e p t   H e u r i s t i c   n a t u r e ;   s u b o p t i m a l   i n   l a r g e - s c a l e   d e n s e   e M B B   s e t t i n g s   [ 8 ]   GA  ( m e t a h e u r i s t i c )   S p e c t r u m   a l l o c a t i o n   o p t i m i z a t i o n   T h r o u g h p u t /   a l l o c a t i o n   q u a l i t y   R e s o u r c e   a l l o c a t i o n   ( g e n e r i c )   G l o b a l   e x p l o r a t i o n   G A   m a y   c o n v e r g e   p r e m a t u r e l y ;   p e r f o r m a n c e   d e p e n d s   o n   e n c o d i n g / o p e r a t o r s ;   n o t   s p e c i f i c a l l y   v a l i d a t e d   f o r   d e n s e   e M B B - o r i e n t e d   D 2 D   r e u s e   [ 9 ]   S A   ( m e t a h e u r i s t i c )   I n t e r f e r e n c e / f a i r n e s s - a w a r e   a l l o c a t i o n   F a i r n e s s ,   i n t e r f e r e n c e   D 2 D   a l l o c a t i o n   L o c a l   r e f i n e m e n t ;   c a n   e s c a p e   l o c a l   m i n i m a   S e n s i t i v e   t o   i n i t i a l i z a t i o n / c o o l i n g ;   m a y   b e   s l o w ;   n o t   e x p l i c i t l y   p o s i t i o n e d   f o r   e M B B   Q o S   t a r g e t s   [ 1 0 ]   PSO - b a s e d   a l l o c a t i o n   O p t i m i z e   a l l o c a t i o n   u n d e r   c o n s t r a i n t s   T h r o u g h p u t / S I N R   ( t y p . )   D 2 D   u n d e r l a y   ( L T E / 5 G - l i k e )   G o o d   c o n v e r g e n c e   t r a i t s   C a n   s t a g n a t e ;   m a y   r e q u i r e   c a r e f u l   p a r a m e t e r   t u n i n g ;   l i m i t e d   g u a r a n t e e   o n   i n t e r f e r e n c e   r o b u s t n e s s   i n   d e n s e   e M B B   [ 1 2 ]   H y b r i d   G A PSO   J o i n t   s e a r c h   t o   i m p r o v e   a l l o c a t i o n   S I N R ,   t h r o u g h p u t ,   f a i r n e s s   D 2 D   r e s o u r c e   a l l o c a t i o n   B a l a n c e s   e x p l o r a t i o n   a n d   e x p l o i t a t i o n   S t i l l   s u s c e p t i b l e   t o   l o c a l   s t a g n a t i o n ;   d o e s   n o t   e x p l i c i t l y   e m p h a s i z e   e M B B - o r i e n t e d   s p e c t r u m   r e u s e   c h a r a c t e r i s t i c s   [ 1 7 ]   D e e p   R e i n f o r c e m e n t   L e a r n i n g   A d a p t i v e   a l l o c a t i o n   i n   d y n a m i c   s e t t i n g s   T h r o u g h p u t / S I N R   ( t y p . )   5 G   D 2 D   u n d e r l a y   H i g h   a d a p t i v i t y   R e q u i r e s   t r a i n i n g   d a t a / e p i s o d e s ;   c o n v e r g e n c e   a n d   s t a b i l i t y   c o n c e r n s ;   c o m p l e x i t y   m a y   l i m i t   p r a c t i c a l / f a s t   d e p l o y m e n t   [ 2 0 ]   E n e r g y - e f f i c i e n t   a l l o c a t i o n   E n e r g y   m i n i m i z a t i o n   u n d e r   Q o S   E n e r g y   e f f i c i e n c y   ( E E ) ,   r a t e   D 2 D   n e t w o r k s   A d d r e s s e s   E E   o b j e c t i v e   N o t   c e n t e r e d   o n   e M B B   t h r o u g h p u t - c e n t r i c   o p t i m i z a t i o n ;   m a y   t r a d e   S I N R / t h r o u g h p u t   f o r   E E   T h i s   w o r k   H y b r i d   G A S A   ( p r o p o s e d )   I n t e r f e r e n c e - a w a r e   s p e c t r u m   a l l o c a t i o n   o p t i m i z e d   f o r   e M B B - o r i e n t e d   D 2 D   r e u s e   S I N R ,   a g g r e g a t e   t h r o u g h p u t ,   i n t e r f e r e n c e ,   f a i r n e s s ,   c o n v e r g e n c e   D e n s e   e M B B - o r i e n t e d   D 2 D   u n d e r l a y   G A   g l o b a l   e x p l o r a t i o n   +   S A   l o c a l   r e f i n e m e n t   f o r   r o b u s t   s o l u t i o n   q u a l i t y   D e s i g n e d   a s   a   t r a c t a b l e   h y b r i d   b a s e l i n e   s u i t a b l e   f o r   o f f l i n e / s e m i - s t a t i c   d e n s e   d e p l o y m e n t s   w h i l e   i m p r o v i n g   K P I   b a l a n c e   v s .   s t a n d a l o n e   G A / S A       3.   M E T H O DO L O G AND  P R O P O SE H YB R I G A SA  AL G O RI T H M   T h is   s ec tio n   d escr ib es  th p r o p o s ed   h y b r i d   GA SA  s p ec tr u m   allo ca tio n   f r am ewo r k ,   in c lu d in g   t h s y s tem   m o d el,   m ath em atica f o r m u latio n ,   f itn ess   f u n ctio n ,   co m p u tatio n al  c o m p lex ity ,   a n d   s im u latio n   s etu p .   T h f r am ewo r k   lev e r ag es  GA   f o r   g l o b al  e x p lo r atio n   o f   th e   jo in R B p o wer   s ea r ch   s p ac e,   wh ile  SA  p er f o r m s   lo ca ex p lo itatio n   to   r ef in e   p r o m is in g   ca n d id ates  a n d   m itig ate  in ter f er e n ce   in   an   eM B B - o r ien ted   5 G   NR   D2 u n d er lay   n etwo r k .     3 . 1 .     Sy s t e m   m o del   W co n s id er   s in g le - ce ll  5 NR   u p lin k   u n d e r lay   s y s tem   co m p r is in g   o n B S,    ce llu lar   u s er   eq u ip m en ts   ( C UE s ) ,   an d     D2 tr an s m itter r ec eiv e r   p air s   ( V UE s ) .   D2 p air s   r eu s e   u p lin k   R B s   allo ca ted   to   C UE s .   T h B co o r d in ates  s p ec tr u m   r eu s b y   d eter m in in g i)   th r eu s ed   R B   in d ex   f o r   ea c h   D2 p air   an d   ii)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Hyb r id   GA S A   o p timiz a tio n   fo r   eMB B - o r ien ted   s p ec tr u m     ( Mo h d   A z r u la z w a n   Ju s o h   @   Mo h d   Yu s o ff )   769   th D2 tr an s m it  p o we r   lev el   s u b ject  to   m a x im u m   tr an s m it  p o wer   co n s tr ain t.   L et  = { 1 , 2 , , }   d e n o te  th s et  o f   av ailab le  R B s .   E ac h   C UE   { 1 , , }   o cc u p ies  o n R B     ( o r th o g o n al  u p lin k   allo ca tio n ) ,   wh ile  ea ch   D2 p air   { 1 , , }   r eu s es  o n R B   .   Fo r   an y   R B   ,   th s et  o f   C UE s   u s in g   R B   is   d ef in ed   as :     ( ) = { = }   ( 1 )     an d   th s et  o f   D2 p air s   r eu s i n g   R B   is     ( ) = { = }   ( 2 )       Sy s tem   m o d el  d escr ip tio n   Fig u r 1   illu s tr ates  th co n s id er ed   s in g le - ce ll  eM B B - o r ien ted   5 D2 u n d er lay   s y s tem   m o d el  u s ed   in   th is   s tu d y .   T h m o d el  co n s is ts   o f   o n B S,  m u ltip le  C UE s ,   an d   D2 p air s   ( VUE s )   th at  r eu s u p lin k   r eso u r ce s   u n d er   a n   u n d e r lay   co m m u n icatio n   p ar ad i g m .   T h r ec eiv ed   s ig n al  at  th B a n d   D2 r ec eiv er   is   s u b ject  to   b o th   p ath - lo s s   an d   in ter f er en ce .           Fig u r 1 .   Sin g le - ce ll e MBB - o r ien ted   5 D2 u n d er lay   s y s tem   m o d e l         C h an n el  m o d el   T h wir eless   ch an n els  ex p er i en ce   d is tan ce - d ep e n d en p at h - lo s s ,   lo g - n o r m al  s h ad o win g ,   an d   s m all - s ca le  R ay leig h   f ad in g .   L et  ,   d en o te  th s m all - s ca le  f ad in g   p o wer   g ain   f r o m   tr an s m itter     to   r ec eiv er   with   , E xp ( 1 ) .   T h lar g e - s ca le  ch an n el  ter m   ,   ca p tu r i n g   p at h - lo s s   an d   s h ad o win g   is   m o d ele d   as :     , = 10  ( , ) + , 10   ( 3 )   wh er  ( , )   is   th e   p ath - l o s s   in   d B   a s   f u n ctio n   o f   d is tan ce   ,   ( m ete r s ) ,   an d   , ( 0 , 2 )   r ep r esen ts   lo g - n o r m al  s h ad o win g   in   d B .   I n   th FR 1   u r b an   m ac r o - lik s ettin g ,   3 GPP - lik lo g - d is tan ce   ap p r o x im atio n   is   u s ed :      ( ) [  ] = 13 . 54 + 39 . 08    10 ( ) + 20    10 ( )   ( 4 )     wh er is   in   m eter s   an d     is   in   GHz .   a.   D2 SIN R   Fo r   D2 p air     r eu s in g   R B   ,   th r ec eiv ed   SIN R   at  th D2 r e ce iv er   is :       2 = 2 , ,  ( ) , , + 2 ( ) { } , , + 0   ( 5 )     b.   Up lin k   C UE   SIN R   at  B S   Fo r   C UE     tr an s m itti n g   o n   R B   ,   th r ec eiv ed   SIN R   at  th B S is   g iv en   b y :        =  ,  ,  2 ( ) ,  ,  + 0   ( 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 7 6 5 - 7 7 8   770   T h n o is p o wer   p er   R B   is   co m p u ted   f r o m   t h n o is PS an d   R B   b an d wid th :     0 [  ] =  [  /  ] + 10    10 (  ) +    ( 7 )     wh er PS D = 174   d B m /Hz,   RB = / ,   an d      is   th r ec eiv e r   n o is f ig u r e.   I n   s im u latio n s ,   0   is   co n v er ted   to   watts f o r   SIN R   co m p u tatio n .     3 . 2 .     P r o po s ed  hy b rid G A S s pect rum   a llo ca t io n a lg o rit hm   T h is   wo r k   p r o p o s es  a   h y b r id   GA SA  f r am ewo r k   to   s o lv e   th jo in t   R B   ass ig n m en an d   D 2 tr an s m it   p o wer   s elec tio n   p r o b lem   in   an   u n d er lay   5 NR   u p lin k   s ce n a r io .   GA  p r o v i d es  g lo b al  ex p l o r atio n   o v er   la r g co m b in ato r ial   s p ac e,   w h ile  S r ef in es  h ig h - q u ality   ca n d id ates  lo ca lly   to   im p r o v e   s o lu tio n   q u ality   an d   r ed u ce   p r em atu r c o n v er g en ce .   I n   th p r o p o s ed   h y b r id   ap p r o ac h ,   GA  ev o lv es  p o p u latio n   o f   ca n d id ate  s o lu tio n s   ac r o s s   g en er atio n s ,   an d   SA r ef in es th to p   1 0 % in d iv id u als in   ea ch   g e n er atio n ,   as in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   Simu latio n   a n d   al g o r i th m   p ar am eter s   u s ed   f o r   Fig u r es   2   to   5   ( b aselin s ce n ar io   S1 = 20   C UE s ,   = 30   D2 p air s )   P a r a me t e r   V a l u e   C e l l   r a d i u s   5 0 0   m   B a se l i n e   C U Es ,   ( )   20   B a se l i n e   D 2 D   p a i r s,   ( )   30   C a r r i e r   f r e q u e n c y ,   ( )   3 . 5   G H z   To t a l   b a n d w i d t h ,   ( )   1 0   M H z   N u mb e r   o f   R B s,  ( )   50   R B   b a n d w i d t h ,   (  )   ( /   =   2 0 0 )   k H z   N o i se   P S D   1 7 4   d B m / H z   R e c e i v e r   N F   5   d B   S h a d o w i n g   s t a n d a r d   d e v i a t i o n ,   ( )   6   d B   P a t h - l o s s m o d e l   3 G P P - l i k e   U M a   l o g - d i st a n c e   ( a s i mp l e me n t e d )   C U t r a n s mi t   p o w e r ,   (  )   2 3   d B m   M a x   D 2 D   t r a n sm i t   p o w e r ,   ( m a x 2 )   2 3   d B m   D 2 D   d i scr e t e   p o w e r   s e t   [ 5 ,   1 0 ,   1 5 ,   2 0 ,   2 3 ]   d B m   D 2 D   l i n k   d i st a n c e   r a n g e   10 2 0 0   m   S I N R   t h r e sh o l d   5   d B   F e a si b i l i t y   p e n a l t y   c o n st a n t   ( 1 0 3 )   G A   p o p u l a t i o n   s i z e   50   G A   max i m u g e n e r a t i o n s   1 0 0   G A   c r o ss o v e r   p r o b a b i l i t y   0 . 8   G A   mu t a t i o n   p r o b a b i l i t y   0 . 1 5   G A   e l i t e   c o u n t   2   S A   i n i t i a l   t e m p e r a t u r e ,   ( 0 )   1 0 0   S A   c o o l i n g   f a c t o r ,   ( )   0 . 9 5   ( g e o m e t r i c )   S A   st e p p e r   r u n   60   H y b r i d   S A   r e f i n e m e n t   r a t i o   To p   1 0 p e r   g e n e r a t i o n   M o n t e - C a r l o   t r i a l s (S I N R   C D F )   30       3 . 2 . 1 .   So lutio r epre s ent a t io n   ca n d id ate  s o lu tio n   ( ch r o m o s o m e)   f o r   D2 p air s   is   r ep r es en ted   as :     = { , }   ( 8 )     wh er b = [ 1 , , ]   d en o tes  th e   r eu s ed   R B   in d ices  ( { 1 , , } )   an d   p = [ 1 , , ]   d en o tes   th s elec ted   D2 p o we r   lev els.   C o n s is ten with   th e   MA T L AB   im p lem en tatio n ,   D2 tr a n s m it  p o wer   is   s elec ted   f r o m   d is cr ete  s et:     = { 5 , 10 , 15 , 20 , 23 }   d B m ,    ,   2 = 23   d B m   ( 9 )     3 . 2 . 2 .   F it nes s   f un ct io n wit Q o f ea s ibi lity   Fo r   ea ch   ch r o m o s o m e   ,   SIN R   an d   th r o u g h p u t f o r   b o th   D2 an d   C UE   lin k s   ar co m p u ted   u n d er   c o - tier   an d   cr o s s - tier   in ter f er en ce   co u p lin g .   T h a g g r e g ate  s y s tem   th r o u g h p u t is :      ( ) = 2 = 1 ( ) +  = 1 ( )   ( 1 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Hyb r id   GA S A   o p timiz a tio n   fo r   eMB B - o r ien ted   s p ec tr u m     ( Mo h d   A z r u la z w a n   Ju s o h   @   Mo h d   Yu s o ff )   771   T h r o u g h p u t p er   R B   is   co m p u t ed   u s in g   Sh an n o n   ca p ac ity :     = RB l og   2 ( 1 + SIN R )   ( 1 1 )     T o   p r o m o te  f air n ess   am o n g   D 2 lin k s ,   J ain s   f air n ess   in d ex   is   co m p u ted   o n   D2 th r o u g h p u ts :     ( ) = ( 2  = 1 ) 2 ( 2 ) 2  = 1 +   ( 1 2 )     f ea s ib ilit y   p en alty   is   im p o s e d   wh en   D2 lin k   v io lates th SIN R   th r esh o ld   SIN R th   as in   T ab le  2 :     ( ) = = 1 (   2 <   ) , ( ) =  ( )   ( 1 3 )     Fin ally ,   th h y b r id   GA SA m ax im izes th weig h ted   f itn ess :     ( ) =  ( ) + ( )  ( ) ( )   ( 1 4 )     wh er , , ,   ar f ix ed   weig h ts .   I n ter f er en ce   is   r ep r esen te d   th r o u g h   s tab le  p r o x y   d er i v ed   f r o m   t h in v er s SIN R   o f   D2 lin k s :      ( ) = 1 1 10   2 / 10 + = 1   ( 1 5 )     3 . 2 . 3 .   G o pera t o rs   GA  b eg in s   with   r an d o m ly   g en er ated   p o p u latio n   o f   s ize    as  in   T ab le  2 .   Fo r   ea ch   g e n er at io n   = 1 , , :   i)   s elec tio n :   to u r n am en s elec tio n   b ased   o n   f itn ess   r an k in g ii)  c r o s s o v er :   with   p r o b ab ilit y   o f f s p r in g   ex c h an g e   R B /p o wer   g en es  u s in g   a   r an d o m   m ask iii)  m u tatio n :   with   p r o b a b ilit y   ,   eith er   ( i )   R B   g en r a n din t ( 1 , )   o r   ( ii)  p o wer   g e n is   s h if ted   to   n eig h b o r i n g   lev el  with in     an d   clip p ed   to   v alid   b o u n d s ; a n d   iv )   e liti s m :   th to p     in d iv i d u als ar p r eser v ed .     3 . 2 . 4 .   SA  re f inem ent   em bed ded  in G A   SA  is   ap p lied   to   r ef in th e   to p   f r ac tio n   o f   in d iv id u als  p er   g e n er atio n   ( T ab le  2 = 10 % ) .     n eig h b o r   s o lu tio n   is   g e n er at ed   b y   p er tu r b in g   o n R B   g en o r   o n p o wer   g en e.   L et  Δ = ( x ) ( x ) .   T h n eig h b o r   is   ac ce p ted   if   Δ 0 ,   o r   w ith   p r o b a b ilit y   e xp   ( Δ / )   wh en   Δ < 0 .   T h te m p er atu r d ec r ea s es  g eo m etr ically :       ( 1 6 )     wh er = 0 . 95   ( T ab le  2 ) .   SA r u n s   f o r   f ix ed   n u m b e r   o f   s tep s   p e r   ca ll to   en s u r p r ac tical  r u n tim e.     3 . 2 . 5 .   T er m ina t io n a nd   o utput   T h h y b r id   GA SA  r u n s   f o r   m ax im u m   o f   g en er atio n s   ( T ab le  2 ) .   T h f in al  o u tp u is   th b est  ch r o m o s o m   th at  m a x im izes  ( ) ,   p r o v id in g   th R B   ass ig n m e n an d   p o wer   s elec tio n   f o r   all   D2 p ai r s .   T h r esu ltin g   allo ca tio n   is   u s e d   to   c o m p u te   SIN R ,   th r o u g h p u t,  in ter f er en ce   p r o x y ,   f air n es s ,   an d   co n v er g en ce   b eh av io r   r ep o r ted   in   s ec tio n   4 .     3 . 3 .     Co m pu t a t io na c o m plex it y   T h co m p u tatio n al   co s is   d o m in ated   b y   r ep ea te d   f itn ess   ev alu atio n s   b ec au s ea c h   ev alu atio n   r eq u ir es  SIN R   an d   r ate  co m p u tatio n s   f o r   all  C UE   an d   D 2 lin k s   u n d e r   R B   r eu s e.   L et    b th e   n u m b er   o f   C UE s ,     th n u m b er   o f   D2 D   p air s ,     th GA  p o p u latio n   s iz e,   an d     th n u m b er   o f   g en er a tio n s .   I n   d en s e   r eu s e,   th wo r s t - ca s ev alu atio n   co s t scale s   as :     = (  + 2 )   ( 1 7 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 7 6 5 - 7 7 8   772   T h u s ,   GA  co m p lex ity   is   (  ) .   I n   th h y b r i d   s ch em e,   SA  r ef in em en is   ap p lied   to    in d iv id u als  p er   g en e r atio n   with   SA  s tep s ,   r esu ltin g   in   an   ad d itio n al  c o s (  ) .   T h er ef o r e,   th o v er all  h y b r i d   co m p lex ity   is :     = (  ( 1 +  ) (  + 2 ) )   ( 1 8 )     wh ich   r em ain s   tr ac tab le  f o r   o f f lin o r   s em i - s tatic  o p tim izatio n   in   d en s eM B B   u n d er lay   s ce n ar io s ,   co n s is ten with   th r u n tim p r ac ticality   d is cu s s ed   in   s ec tio n   4 .     3 . 4 .     Sim ula t i o s et up     T h s im u latio n   e n v ir o n m en t   f o llo ws  s in g le - ce ll  5 G   NR   u p lin k   u n d er la y   D2 s ettin g ,   wh er D2 tr an s m itter r ec eiv er   p air s   r e u s u p lin k   R B s   as s ig n ed   to   C UE s .   T h b aselin s ce n ar io   ad o p ts   = 20   C UE s   an d   = 30   D2 p air s   with in   5 0 0   m   ce ll  r ad iu s .   T h t o tal  b an d wid th   o f   1 0   MH is   d iv id e d   in to   = 50   R B s ,   p r o d u cin g   p e r - R B   b an d wid th   RB = / .   All  ch an n els  in co r p o r ate  d is tan ce - d ep e n d en t   p ath - lo s s ,   lo g - n o r m al  s h ad o win g ,   an d   R ay leig h   f ad in g .   Fo r   co n v e r g en ce   p lo ts   as  in   Fig u r es   3 - 5 ,   th n etwo r k   to p o lo g y   an d   ch an n el  r ea lizatio n s   ar f r o ze n   to   en s u r f air   g en er atio n - by - g en er atio n   co m p ar is o n   a cr o s s   GA,   SA,  an d   h y b r id   GA SA.  Fo r   SIN R   C DF  ev alu atio n   in   Fig u r e   2   an d   r o b u s tn ess   an aly s is ,   m u lti - d r o p   Mo n te - C ar lo   tr ials   ar u s ed   wh er u s er   lo ca tio n s   an d   ch an n el  r ea lizatio n s   ar r an d o m ize d   in   ea ch   tr ial.   All  s im u latio n s   ar e   im p lem en ted   in   MA T L AB   ( R 2 0 2 3 b ) .   T h co m p lete  s im u latio n   an d   alg o r ith m   p ar am eter s   u s ed   to   g en er ate  all  f ig u r es a r s u m m a r ized   in   T a b le  2 .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   p r esen ts   an d   an al y ze s   th s im u latio n   r esu lts   o b t ain ed   f r o m   th p r o p o s ed   h y b r i d   GA SA  s p ec tr u m   allo ca tio n   alg o r ith m .   T h p er f o r m a n ce   is   ev alu ated   in   ter m s   o f   SIN R   d is tr ib u tio n ,   th r o u g h p u t,  in ter f er en ce   lev els,  f air n ess ,   an d   co n v er g e n ce   b eh a v io r .   T h p r o p o s ed   h y b r id   m et h o d   is   co m p ar ed   with   s tan d alo n GA  an d   SA a lg o r ith m s   to   d em o n s tr ate  its   ef f ec tiv en ess   in   eM B B - o r ien ted   5 D2 s ce n ar io s .     4 . 1 .     SI NR  Dis t ributio n   Fig u r 2   s h o ws  th cu m u lativ d is tr ib u tio n   f u n ctio n   ( C DF)   o f   th D2 SIN R   f o r   GA,   SA,  an d   th e   p r o p o s ed   h y b r id   GA SA  u n d er   th S1   b aselin s ce n ar io .   T h r esu lts   ar o b tain ed   f r o m   m u lti - d r o p   Mo n t e   C ar lo   tr ials   to   ac co u n f o r   r an d o m   u s er   lo ca tio n s   an d   c h an n el  r ea lizatio n s ,   th u s   p r o v i d in g   s tatis tically   r ep r esen tativ co m p ar is o n   o f   th SIN R   d is tr ib u tio n s   u n d er   d if f er en s p ec tr u m   allo ca tio n   s tr ateg ies.   Ov er all,   th p r o p o s ed   h y b r i d   GA SA  ac h iev es  co n s is ten tly   r ig h t - s h if ted   SIN R   C DF  co m p ar ed   to   GA  an d   SA,   in d icatin g   th at   lar g er   f r ac ti o n   o f   D2 D   lin k s   ex p er ien ce   h ig h er   SIN R   v alu es.  T h is   im p r o v em e n is   m ain l y   attr ib u ted   to   th c o m p lem e n tar y   s ea r ch   b e h av io r   o f   th e   h y b r id   d esig n GA  p er f o r m s   g lo b al  ex p lo r atio n   ac r o s s   RB p o wer   co m b in atio n s ,   wh i le  SA  r ef in es  p r o m is in g   ca n d id ate  s o lu tio n s   th r o u g h   lo ca ex p lo itatio n .   As  r esu lt,  h y b r id   GA SA  is   m o r ef f ec tiv in   av o id i n g   s u b o p tim al  r eu s p atter n s   th at  lead   to   s ev er co - tier   ( D2 D - to - D2 D)   a n d   cr o s s - tier   ( C UE - to - D2 D)   in ter f er en c e.   I n   co n tr ast,  GA  m ay   r eq u ir m o r g en er atio n s   to   s tab ilize  n ea r   g o o d   o p er atin g   r eg io n   b ec au s its   s to ch asti o p er ato r s   ca n   s till   g en er ate  in ter f e r en ce - h ea v y   o f f s p r in g ,   wh ile  SA  alo n ca n   co n v er g to   lo ca ll y   o p tim al  allo ca tio n s   th at  d ep en d   s tr o n g ly   o n   th in itial  s o lu tio n .   T h h y b r id   f r am ew o r k   m itig ates  b o th   lim itatio n s   b y   a p p ly in g   SA  r e f in em en to   th e   b est - p er f o r m in g   ca n d id ates  d u r in g   ev o l u tio n ,   th er eb y   im p r o v i n g   th f in al  SIN R   d is tr ib u tio n   u n d er   th s am p a r am eter   b u d g et .     4 . 2 .     Ag g re g a t t hro ug hp ut  o v er   g ener a t io ns   T h r o u g h p u is   cr itical  p er f o r m an ce   in d icato r   f o r   eM B B   s er v ices,  r ef lectin g   th n etwo r k s   ab ilit y   to   s u p p o r h ig h   d ata  r ate   ap p lic atio n s .   Fig u r 3   illu s tr ates  th co n v e r g en ce   tr en d   o f   s y s tem   th r o u g h p u o v er   g en er atio n s   f o r   GA,   SA,  a n d   h y b r id   GA SA.  T h e   th r o u g h p u m etr ic  is   c o m p u te d   as  th e   ag g r eg ate  s u m   r ate   o f   th u n d e r lay   s y s tem   ( D2 u p lin k   C UE )   u s in g   Sh a n n o n   ca p ac ity ,   co n s is ten with   th s y s tem   m o d el  an d   T ab le  2   p ar am ete r   s ettin g s .   F o r   co n v er g en ce   co m p a r is o n ,   t h to p o lo g y   an d   c h an n el   co m p o n e n ts   ar f i x ed   ( f r o ze n )   in   t h MA T L AB   im p lem en tatio n   s o   th at  p er f o r m an ce   v ar iatio n s   r ef lect  alg o r ith m ic  b eh av io r   r ath e r   th an   r an d o m   c h an n el  f lu ctu ati o n s .   T h h y b r id   GA SA  cu r v e   d e m o n s tr ates  f aster   an d   m o r s tab le  im p r o v em en t   in   th r o u g h p u ac r o s s   g en er atio n s   c o m p a r ed   t o   G an d   SA.  T h is   b eh av io r   in d icate s   th at   SA - b ased   r ef in em en e n h an ce s   ex p lo itatio n   o f   h ig h - q u ality   s o lu tio n s   d is co v er ed   b y   GA,   th er eb y   im p r o v in g   th e   b est - so - f ar   th r o u g h p u t   tr ajec to r y .   GA   ty p ically   s h o ws  g r ad u al   im p r o v em e n b u m a y   ex h ib it  s lo wer   s t ab ilizatio n   b ec au s e   cr o s s o v er /m u tatio n   ca n   tem p o r ar ily   r ed u ce   s o lu tio n   q u ali ty   b ef o r s elec tio n   r ec o v er s   b etter   ca n d id ates.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E l Co n tr o l         Hyb r id   GA S A   o p timiz a tio n   fo r   eMB B - o r ien ted   s p ec tr u m     ( Mo h d   A z r u la z w a n   Ju s o h   @   Mo h d   Yu s o ff )   773   Me an wh ile,   th SA  cu r v ex h ib its   lim ited   o r   in co n s is ten g r o wth   ac r o s s   g en er atio n s   b ec au s SA  i s   f u n d am e n tally   a   lo ca s ea r c h   p r o ce s s r ep ea ted   r u n s   m ay   n o t   g u ar an tee   m o n o to n ic   im p r o v e m en u n less   s tr o n g   in itializatio n   o r   ad d itio n al  ex p lo r atio n   is   in tr o d u ce d .   Fr o m   an   eM B B   p er s p ec tiv e,   t h h y b r id   GA SA  th r o u g h p u t   en h a n ce m en is   i m p o r tan b ec au s d e n s u n d e r lay   r eu s ca n   ea s ily   b ec o m in ter f er en ce - lim ited .   B y   jo in tly   o p tim izin g   R B   r eu s d ec is io n s   an d   D2 p o wer   lev els,  h y b r id   GA SA  im p r o v es  s p ec tr al  r eu s ef f icien cy   wh ile  m ain tain i n g   f ea s ib le  SIN R   lev els,  lead in g   to   h ig h e r   ag g r eg ate  th r o u g h p u t .               Fig u r 2 .   SIN R   C DF c o m p ar is o n   f o r   GA,   SA,  an d   h y b r id   GA - SA a lg o r ith m s   Fig u r 3 .   Ag g r eg ate  t h r o u g h p u t o f   D2 p air s   v er s u s   g en er atio n   f o r   GA,   SA,  a n d   h y b r id   GA - SA a lg o r ith m s       4 . 3 .     I nte rf er ence   an a ly s is   I n ter f er e n ce   r ed u ctio n   is   ess en tial  f o r   m ai n tain in g   t h Qo o f   b o th   ce llu lar   a n d   D 2 u s er s .   Fig u r 4   s h o ws  th in ter f er en ce   t r en d   o v er   g e n er atio n s   u s in g   an   in t er f er en ce   p r o x y   d e r iv ed   f r o m   th SIN R   b eh av io r   ( lo wer   v al u es  in d icate   b etter   i n ter f er en ce   co n d itio n s ) .   T h is   m etr ic  r ef lects  th e   co m b in ed   i m p ac o f   co - tier   a n d   cr o s s - tier   in ter f er e n ce   in   th e   u n d er lay   s y s tem ,   th u s   p r o v i d in g   i n s ig h in to   h o ea c h   alg o r ith m   m an ag es   in ter f er en ce   wh ile  p u r s u in g   th r o u g h p u t.           Fig u r 4 .   Av e r ag in ter f er en ce   lev el  v er s u s   g en e r atio n   f o r   G A,   SA,  an d   h y b r id   GA - SA a lg o r ith m s       T h h y b r id   GA SA  co n s is ten tly   ac h iev es  lo wer   in ter f e r en ce   p r o x y   c o m p ar e d   to   G an d   SA,  in d icatin g   m o r e   ef f ec tiv in te r f er en ce   m itig atio n .   T h is   o u tc o m is   ex p ec ted   b ec a u s SA  r ef in em en lo ca lly   s ea r ch es  ar o u n d   h ig h - p er f o r m in g   GA  ca n d id ates  an d   p r o b a b ilis tically   ac ce p t s   m o v es  th at  r ed u ce   in ter f er e n ce   with o u s ev er ely   s ac r if icin g   th r o u g h p u t,  esp ec ially   wh en   th tem p er atu r is   s till   h ig h .   C o n s eq u en tly ,   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   1693 - 6 9 3 0   TEL KOM NI KA   T elec o m m u n   C o m p u t E C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   3 J u n e   20 26 7 6 5 - 7 7 8   774   h y b r id   f r am ewo r k   ca n   escap in ter f er en ce - d o m in ate d   allo ca tio n s   th at  wo u ld   o th e r wis tr ap   SA  an d   s lo d o wn   GA’ s   p r o g r ess .   GA  alo n ten d s   to   im p r o v i n ter f er en ce   g r ad u ally   as  s elec ti o n   d r i v es  th p o p u latio n   t o war d s   b etter   ca n d id ates,  b u th p r o ce s s   ca n   b less   ef f icien b ec au s m u tatio n   an d   c r o s s o v er   m a y   s till   in tr o d u ce   R B   co llis io n s   o r   ag g r ess iv p o wer   p atter n s   th at  in cr ea s in ter f er en ce .   SA  alo n e,   wh ile  ca p ab le  o f   f in e - tu n i n g   lo ca lly ,   is   s en s itiv to   s tar t in g   p o in ts th er ef o r e,   it  m a y   n o r eliab ly   lo ca te  g lo b a lo w - in ter f er e n ce   co n f ig u r atio n s   u n d e r   d en s r eu s co n d itio n s .   T h ese  r esu lts   co n f ir m   th at  h y b r i d   GA SA  ac h iev es  m o r b alan ce d   o p tim izatio n   b y   c o n tr o llin g   in ter f er e n ce   w h ile  s till   im p r o v in g   t h r o u g h p u t,   s u p p o r tin g   th e   d esig n   o b jectiv o f   i n ter f er e n ce - awa r s p ec tr u m   allo ca tio n   f o r   d en s eM B B - o r ien ted   D2 r eu s e.     4 . 4 .     F a irness   i nd ex   Fig u r 5   p r esen ts   th J ain s   f a ir n ess   in d ex   o v er   g e n er atio n s   f o r   GA,   SA,  an d   Hy b r id   GA SA,  wh er f air n ess   is   co m p u ted   ac r o s s   D2 lin k   th r o u g h p u ts .   Fair n e s s   i s   im p o r tan in   u n d er lay   D2 s y s tem s   b ec au s e   m ax im izin g   s u m   th r o u g h p u alo n ca n   lead   to   d is p r o p o r ti o n ate  r eso u r ce   allo ca tio n   wh er o n ly   s u b s et  o f   D2 p air s   b e n ef it,  wh ile   wea k   lin k s   s u f f er   p er s is ten lo r ates  d u to   in ter f e r en ce   o r   u n f av o r a b le  ch a n n el   co n d itio n s .   T h h y b r id   GA SA d em o n s tr ates c o n s is ten tly   h ig h er   f air n ess   v alu es a cr o s s   g en er atio n s   co m p ar e d   to   GA  an d   SA,  in d icatin g   m o r eq u itab le  d is tr ib u tio n   o f   D 2 th r o u g h p u t.  T h is   im p r o v e m en t a lig n s   with   th f itn ess   f u n ctio n   d esig n   in   wh i ch   f air n ess   is   ex p licitly   co n s id er ed   alo n g   with   th r o u g h p u an d   in ter f er en ce .   T h e   h y b r id   r ef in em en h elp s   a v o i d   s o lu tio n s   th at  m a x im ize  th r o u g h p u at  th e   ex p e n s o f   s t ar v in g   ce r tain   D2 lin k s ,   p ar ticu lar ly   th o s e   ex p o s ed   to   s tr o n g er   in ter f e r en ce .   Fair n ess   is   m ea s u r ed   u s in g   J ain s   Fair n ess   I n d ex   t o   ev alu ate  th d is tr ib u tio n   o f   th r o u g h p u t a m o n g   D2 u s er s .           Fig u r 5 .   Fair n ess   in d ex   v er s u s   g en er atio n   f o r   GA,   SA,  an d   h y b r id   GA - SA a lg o r ith m s       GA  ca n   im p r o v f air n ess   t h r o u g h   p o p u latio n   d iv er s ity   b u m ay   o s cillate  b ec au s d if f er en t   in d iv id u als  o p tim ize  d if f er e n t   tr ad e - o f f s .   SA  alo n m ay   y ie ld   f air n ess   im p r o v em en ts   wh e n   in itialized   n ea r   a   g o o d   p o in b u ca n   r em ain   t r ap p ed   in   u n f air   lo ca o p tim if   th n eig h b o r h o o d   s ea r c h   d o es  n o s u f f icien tly   ex p lo r alter n ativ R B /p o wer   ass ig n m en ts .   B y   co m b in in g   G ex p lo r atio n   an d   SA  ex p lo itatio n ,   h y b r id   GA SA  ac h iev es  b o th   h ig h   s y s te m   p er f o r m an ce   a n d   im p r o v e d   f air n ess ,   m ak in g   it  m o r s u itab le  f o r   p r ac tical  d en s d ep lo y m e n ts   wh er Qo b alan ce   ac r o s s   u s er s   is   r eq u ir ed .   Un d er   th s am f ix ed   t o p o lo g y   an d   f r o ze n   ch an n el  r ea lizatio n ,   h y b r id   G A SA  ac h iev es  th e   h ig h est  f in al  ag g r e g ate  th r o u g h p u ( 1 0 6 . 2 4   Mb p s )   with   im p r o v e d   f air n ess   ( 0 . 6 7 9 9 )   a n d   co m p etitiv m ed ian   SIN R   ( 2 9 . 6 5   d B ) ,   c o m p a r ed   with   GA  ( 9 5 . 7 6   Mb p s ,   0 . 6 1 1 4 ,   3 0 . 4 2   d B )   an d   SA ( 8 7 . 9 7   Mb p s ,   0 . 6 1 7 7 ,   2 5 . 8 6   d B ) .       4 . 5 .     Co m pa ra t iv a na ly s is   wit h o t her  hy brids   T ab le  3   s u m m ar izes  th co m p ar ativ p er f o r m an ce   o f   GA,   SA,  an d   th p r o p o s ed   h y b r i d   GA SA   u n d er   th d e n s eM B B - o r ien ted   5 NR   F R 1   D2 u n d er lay   s ettin g .   B a s ed   o n   th o b tain e d   s im u latio n   r esu lts ,   h y b r id   GA SA  d eliv e r s   th b est  o v er all  tr a d e - o f f   in   ter m s   o f   th r o u g h p u t,   f air n ess ,   an d   in ter f er en ce - awa r e   b eh av io r .   Sp ec if ically ,   h y b r i d   GA SA  ac h iev es  th h ig h est  b est - so - f ar   ag g r e g ate  th r o u g h p u at  th f in a l   g en er atio n   o f   1 0 6 . 2 4   M b p s ,   o u tp er f o r m in g   GA  ( 9 5 . 7 6 1   Mb p s )   an d   SA  ( 8 7 . 9 6 7   Mb p s ) .   I n   ad d itio n ,   h y b r i d   GA SA  attain s   th h ig h est  J ai n s   f air n ess   in d e x   ( 0 . 6 7 9 9 ) ,   in d icatin g   a   m o r e   b alan ce d   r ate   d is tr ib u tio n   am o n g   D2 p air s   co m p ar e d   to   GA  ( 0 . 6 1 1 4 )   an d   SA ( 0 . 6 1 7 7 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.