解密如何实现LoRa覆盖规划及仿真评估，打造高品质物联网络

2018年腾讯在深圳建设了一个超大规模的LoRa网络，而在这个网络建设中，腾讯基于SIRADEL的无线网络设计和智慧城市规划工具，实现了深圳市重点区域LoRa网络的仿真和优化。

1 引言

LoRa网络一般按业务部署需求进行局部建设，主要集中在智慧城市、智慧楼宇、智慧农业等场景，既有室外也有室内应用场景，例如资产或货物追踪、抄表类应用，以及井盖、停车位、烟雾、会议室等监测。

无线网络覆盖规划和优化是网络建设重要环节，以有效解决容量、覆盖、干扰等问题，提高网络利用效率、提高投资的收益率，目前在LoRa网络建设之前，真正使用网络规划工具进行覆盖仿真和优化的项目很少，实际业务部署时，仍会存在室外覆盖盲区、室内深度覆盖不足的问题。

2LoRa网络覆盖规划方案

在进行LoRa网络覆盖规划和优化之前，首先需要确定业务部署的区域范围、业务对速率、功耗等性能要求，以及业务部署场景需求，确定室外、室内的网络规划指标。

2.1 LoRa网络覆盖规划指标考虑因素

对LoRa而言，扩频因子可反应网络的覆盖水平以及可达到的业务速率。不同扩频因子支持的速率和功耗有所差异，不同扩频因子要求的解调门限也不同。因此需了解部署业务的性能需求。

在网络规划中，还需要考虑不同业务部署场景的差别，要求网络达到的覆盖程度也有所不同。室外网关能覆盖室外和一定程度的室内，但并不一定能覆盖所有的场景，例如地下室及更深的室内覆盖采用室外网关覆盖的难度很大，需采用室内网关进行补充。例如室外地上业务路灯控制、环境监测、资产/货物追踪，一般无需考虑建筑物的穿透损耗，但是对于室内抄表、智能家居、烟感等终端，则需考虑不同程度的室内穿透损耗，例如浅层穿透损耗10-18dB，深度穿透损耗24-30dB等。

2.2 LoRa网络覆盖规划指标

LoRa覆盖规划指标可以从业务性能和信号强度或质量两个维度来表征，同时还要考虑覆盖满足概率，一般考虑95%的覆盖率。

业务性能，由于不同扩频因子对应不同的速率、传输时长、功耗等性能指标，因此可考虑采用上行扩频因子或下行扩频因子，作为其业务性能目标。LoRa以上行业务为主，需满足上行业务性能需求，同时保证下行可正确解调和接收。在明确了业务性能需求之后，结合实际LoRa设备的天线增益、发射功率、解调门限、干扰水平等因素，可知对信号强度或质量的要求，如果同区域内部署有多种业务，则应以性能要求高的业务确定规划指标。

例如，考虑覆盖优先，以扩频因子12作为业务规划目标，若综合考虑终端节电、速率、容量性能，考虑以扩频因子10作为规划指标，当然也可以根据实际业务需求确定扩频因子的规划指标。

此外，在进行网络覆盖规划时，除了用户的业务性能之外，还要综合考虑网关的整网性能，例如上行数据包重复率也是很重要的指标，即单个数据包同时被接收的网关数量。

3LoRa网络覆盖仿真评估和优化

仿真评估，是可以结合3D地图、站址信息评估区域内网络覆盖效果的方案，并不断迭代仿真得出满足覆盖规划指标的站址信息。除了明确覆盖规划指标外，仿真评估两个重要的条件是LoRa网络规划仿真工具和地图。

仿真评估具体步骤为：

1、明确覆盖范围、覆盖规划指标和覆盖场景。

2、确定仿真参数，包括LoRa设备天线辐射类型、天线增益、发射功率、工作频率、解调门限，以及干扰、损耗等参数，准备3D地图和现有站址信息（站高、经纬度等）。

3、仿真迭代和优化，评估网络覆盖效果，输出满足规划指标要求的站址信息，进而估算覆盖半径。

4  基于S_IoT工具的LoRa网络仿真评估和优化案例

S_IoT工具是SIRADEL的一款仿真软件，SIRADEL专注于无线网络设计和未来智慧城市规划等领域，是Volcano 5G无线传播模型和物联网设计与优化专家，在LoRaWAN网络致密化方面拥有丰富的经验。SIRADEL生产3D数字孪生城市、数据驱动协作平台，并利用仿真和大数据功能，为智能化基础设施网络和改善城市居民生活提供解决方案。S_IoT工具拥有领先的3D射线追踪传播模型Volcano和先进的3D可视化功能，可用于仿真评估当前网络的室外和室内覆盖，以及新增或调整网关之后的网络覆盖情况。同时，S_IoT工具对大量的物联网专用指标进行评估，例如网关地理分布的影响，在有移动设备的应用场景，S_IoT还会对定位精度的评估指标进行考量。

腾讯在深圳部署了首个LoRa物联网网络，在网络建设和优化的过程中，腾讯基于SIRADEL的S_IoT工具，对深圳市重点区域的LoRa网络进行了仿真评估，并根据评估结果，对LoRa网络的部署和建设进行优化，从而提高网络覆盖效果和用户体验。

本次仿真评估，采用深圳5米高精度的三维地图，采用Volcano无线传播模型对深圳典型密集城区环境进行仿真评估，更接近真实环境下的网络覆盖。一方面得到了初期网络所能达到的室内外不同位置用户上行接收功率、上行接收质量、扩频因子、接收网关数量等指标，用于评估网络覆盖效果。另一方面，根据覆盖规划指标和候选站点的情况，仿真评估得到满足不同覆盖程度的站址调整和优化建议。

评估结果显示，深圳LoRa网络在核心城区已实现连续覆盖，部分区域实现了室内深度覆盖。以深圳南山区为例，室外上行链路扩频因子小于或等于10的占比达到99%以上，这意味着覆盖范围的终端能以较低发射功率实现较高速率。目前，已根据仿真评估结果输出的建议，完成南山区某智慧社区的站址优化，进一步补充室内深度覆盖，以满足室内LoRa业务节点的部署需求。

深圳南山区室外LoRa上行扩频因子分布

S_IoT物联网规划工具下的某智慧社区的局部接收功率覆盖图

5 结语

LoRa广覆盖是其重要特征之一，其连续网络建设和部署值得探索和研究，在实际项目部署和应用中，也可考虑分场景、按需局部部署LoRa网络。

本文介绍LoRa网络覆盖规划和仿真评估优化方案，并基于S_IoT工具对腾讯深圳LoRa网络进行仿真评估，以快速获取网络覆盖性能评判结果和满足不同覆盖程度的优化方案。在满足覆盖性能要求的情况下，明确LoRa网络规划指标，按照仿真评估结果进行实际环境下的网络建设，可以节约建设时间和成本。