A coverage model for comparison of LoRa and NB-IoT in Brasil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Nesta dissertação, é apresentado um modelo para análise de cobertura das tecnologias LoRa e NB-IoT. O modelo proposto considera os dados reais das estações-rádio base (ERBs) de determinada operadora de telefonia celular, bem como as informações do relevo local, representado por um modelo de elevação digital (DEM). Além disso, adotase os modelos de propagação Urbano Macro e Rural Macro propostos pelo 3GPP. Esse modelo é testado em duas regiões no sul do Brasil, uma predominantemente rural, com poucas ERBs, e outra majoritariamente urbana, com uma maior densidade de ERBs. Nossos resultados indicam que, para a região rural, quando operando em uma faixa de frequência similar, NB-IoT supera LoRa devido principalmente aos efeitos de suas antenas direcionais, as quais fornecem uma melhor cobertura para dispositivos que estão longe da ERB mas perto do raio principal da antena. Na região urbana, onde a densidade das ERBs é maior, a concentração das ERBs acaba compensando a vantagem do NB-IoT em atender áreas distantes, e LoRa apresenta uma taxa de cobertura maior. Quando operando na banda de 1900 MHz, devido à maior severidade da perda de percurso nessa banda, NB-IoT apresenta uma menor taxa de cobertura do que o LoRa, independente do cenário analisado. In this dissertation, a model to analyze the coverage provided by LoRa and NB-IoT technologies is presented. The proposed model considers real data from base stations (BS) of a given cellular operator, as well as information about local relief, provided by a digital elevation model (DEM). In addition, was adopted the Urban Macro and Rural Macro propagation models, which were proposed by 3GPP. The proposed model was tested in two regions in south Brazil, one mainly rural with few BS and another mostly urban, with a higher BS density. Our results indicate that for a mainly rural environment, when operating at a similar sub-GHz frequency band, NB-IoT outperforms LoRa due to the directivity associated with NB-IoT antennas, which provides better coverage for devices which are far from BS but near the main bearing. To the mainly urban region, the higher BS density of this region compensates the advantage of NB-IoT when providing coverage for distant areas, and LoRa presents a higher coverage rate. When the NB-IoT is considered to operate in the 1900 MHz band, due to the more severe path loss in this band, NB-IoT presents a lower coverage rate than LoRa, independent of the analyzed region.