HSL Tunnel Oude Maas - Mast van de Maand Februari 2021


We staan meestal niet stil bij wat er allemaal komt kijken om goede mobiele dekking te realiseren in een tunnel. Op het land lijkt het relatief simpel. Je bouwt een mast, hangt antennes op, sluit de boel aan en je hebt in de wijde omgeving dekking. Bij een korte tunnel is een gunstig geplaatste mast in de omgeving meestal al voldoende om dekking te realiseren. Maar als de tunnel honderden meters of zelfs enkele kilometers lang is heb je niks aan die strategie. Je zult in zo'n geval antennes in de tunnel moeten ophangen om overal een goed signaal te krijgen. Dit gebeurt al in de meeste tunnels in Nederland. Maar als er vervolgens ook nog eens treinen met 300km/u door de tunnel rijden is het ontwerpen van de installatie nog ingewikkelder dan bij een 'gewone' tunnel.

Voor mast van de maand Februari 2021 zijn we iets ten westen van Zwijndrecht. De hogesnelheidslijn (HSL) gaat hier met een tunnel onder de Oude Maas door. Het is één van de tunnels in het traject van Amsterdam, via Rotterdam en Breda, naar België. Dit spoortraject is in 2009 opgeleverd en sinds die tijd klagen reizigers over het ontbreken van mobiele dekking in de tunnels. Uiteindelijk moeten alle tunnels op dit traject dekking krijgen, maar dit is een groot project. ProRail, Infraspeed en de providers hebben tijdens een grote buitendienststelling in November alvast apparatuur geplaatst in de Oude Maas-tunnel.

Bij het aanleggen van een mobiel netwerk in een tunnel werken de drie providers samen. Eén provider wordt aangewezen als beheerder van de infrastructuur, de andere providers kunnen hier vervolgens op inprikken. In dit geval is KPN de beheerder van de gedeelde infrastructuur. Vodafone en T-Mobile kunnen een koppeling maken met dit netwerk, waardoor de gedeelde antennes het signaal voor alle providers zal uitzenden.

De enorm hoge snelheid van 300km/u maakt dit project uitdagender dan andere tunnels. De antennes en andere componenten moeten alleen al bestand zijn tegen de grote krachten en het verschil in luchtdruk wanneer er een trein langsrijdt. Een ander complex punt is het overschakelen tussen cellen. Wanneer je telefoon overschakelt van een zendmast naar de tunneldekking, of andersom, moet met het netwerk worden afgesproken dat het dataverkeer via de andere mast of antennes wordt uitgezonden. Bij een normale zendmast is dat niet zo'n probleem, maar bij een snelheid van 300km/u moeten binnen enkele seconden alle telefoons in de trein overschakelen van en naar de tunneldekking. Als dit niet goed wordt opgezet is de kans op wegvallende verbindingen erg groot. We gaan onder andere bekijken hoe de providers dit probleem oplossen.

Op de Antennekaart is te zien dat KPN zijn masticoon voor de tunneldekking bij de GSM-R mast ten noorden van de tunnel heeft staan. De nieuwe apparatuur voor de dekking in de tunnel staat dus waarschijnlijk bij deze GSM-R mast opgesteld. Bij de mast aangekomen bleek dit inderdaad zo te zijn, zoals je op de foto hieronder kunt zien.

De GSM-R zendmast ten noorden van de Oude Maas tunnel, met apparatuur voor de indoordekking.De GSM-R zendmast ten noorden van de Oude Maas tunnel, met apparatuur voor de indoordekking.

Bovenin de mast hangen sinds de bouw van de HSL sectorantennes voor de GSM-R dekking, hier is niks nieuws. GSM-R wordt hier niet alleen gebruikt voor de machinisttelefoon, maar ook voor communicatie met het ETCS systeem, waarmee de trein voor een bepaalde afstand en snelheid een rijtoestemming krijgt. Onderin de mast hangen ook nog kleine sectorantennes. Deze zijn wel nieuw. De functie van deze komen we zo op. Naast de mast zie je vier kasten, en vier setjes RRUs. Dit terwijl er maar drie providers actief zijn. De reden daarvoor komen we ook zo op. We lopen eerst langs de mast om per provider te kijken wat voor apparatuur wordt gebruikt.

De RRUs van T-MobileDe RRUs van T-Mobile

De eerste provider die ik tegenkom is T-Mobile. De RRUs die hier hangen zien we ook bij elke nieuw gebouwde mast. De linker is een Huawei RRU5502 voor 1800MHz + 2100MHz. De zender ondersteunt in principe een 4T4R configuratie voor beide banden, maar aan de labels op de kabels is te zien dat ze hier 2T2R 1800MHz naast 2T2R 2100MHz gebruiken, ieder dus met eigen poorten. De rechter RRU is een Huawei RRU5509t, die 700MHz, 800MHz en 900MHz ondersteunt. De sticker boven op de zender verraadt dat alleen 700MHz en 800MHz worden gebruikt. Deze zender kan 700MHz en 900MHz zenden op twee poorten, en 800MHz op de andere twee poorten. Het zou dus logisch zijn dat ze ook hier een 2T2R systeem gebruiken voor deze lage banden.

Ondanks dat alle lage banden ook aanwezig zijn bij deze mast kon ik alleen verbinden met 4G op 1800MHz (De grote en de kleine carrier) en 2100MHz. Er is geen 5G actief op 700MHz, en de 800MHz 4G carrier is ook niet actief. Dit komt mogelijk later nog.

De RRUs van KPNDe RRUs van KPN

KPN gebruikt hier exact hetzelfde type zender als T-Mobile. Het enige verschil aan de setup is dat de zenders andersom hangen. KPN zendt hier 4G op 800MHz, 1800MHz en 2100MHz. De aanwezigheid van 700MHz geeft aan dat ze deze band in de toekomst vast in gaan zetten voor 5G, maar op dit moment is deze ook nog niet actief.

De RRUs van VodafoneDe RRUs van Vodafone

De laatste provider is Vodafone. Ook hier zeggen de stickers dat het 700MHz/800MHz en 1800MHz/2100MHz RRUs zijn, maar dat is onjuist. De kleine is een ERS2217 voor 800MHz, de grote is een ERS2212 voor 1800MHz. 700MHz of 2100MHz zijn hier niet aanwezig. Vodafone zendt 4G op beide banden, en heeft ook een aantal 2G carriers actief in de 1800MHz band. Daarmee is Vodafone de enige provider die 2G aanbiedt in de tunnel. Op dit moment heeft Vodafone ook nog geen 5G actief in de tunnel.

Op de overzichtfoto is te zien dat hier vier kasten en vier setjes RRUs aanwezig zijn. De coax feeders uit de RRUs van alle providers lopen naar deze vierde kast, waar ze gecombineerd worden. Vanaf daar wordt het interessant. Het gecombineerde signaal van alle providers gaat als RF input naar een Huawei LampSite systeem. Dit is een systeem van Huawei voor dekking in grote gebouwen of tunnels. In een centrale ruimte worden zenders gekoppeld van een of meerdere providers, of worden er directe glasvezelverbindingen gemaakt met de basebands van de providers. Vanaf de LampSite controller lopen glasvezelverbindingen of reguliere netwerkverbindingen naar kleine zenders verspreid door het gebouw. Het systeem kan zich daarbij gedragen als een repeater systeem, waarbij hetzelfde signaal overal in het gebouw wordt uitgezonden. Het gebouw kan juist ook worden opgesplitst in kleinere cellen om de capaciteit beter te verspreiden.

Bij deze installatie is geen sprake van directe koppelingen met de basebands van providers, omdat elke provider gewoon eigen RRUs gebruikt. Ook wordt het signaal hier niet opgeknipt in kleinere cellen. Door de hoge snelheid van de trein wil je juist zo veel mogelijk handovers voorkomen. Daarom is het het beste om alle antennes in de tunnel hetzelfde signaal uit te laten zenden, waardoor telefoons niet over hoeven te schakelen.

Met dit LampSite systeem kunnen op meerdere plekken in de tunnels RRUs worden opgehangen waar het gecombineerde signaal van alle providers uitkomt, en die zich allemaal gedragen als dezelfde cell. Het enige probleem is dan nog het overschakelen van het netwerk buiten de tunnel naar het netwerk binnen de tunnel. Door de hoge snelheid van de trein kan zelfs dat al problemen opleveren.

Om dit probleem te verhelpen hebben de providers bij de noordelijke ingang van de tunnel sectorantennes laag in de mast opgehangen. Door deze antennes kunnen telefoons al op een paar honderd meter voor de tunnel verbinden met het tunnelnetwerk.

Sectorantennes laag in de mast voor verbeterde handoversSectorantennes laag in de mast voor verbeterde handovers

Hier hangen twee sectorantennes. In de groene cirkel, achter de mast, kun je een splitter zien hangen. Dat betekent dat beide antennes hetzelfde signaal uitzenden. Het zijn dus geen afzonderlijke sectoren zoals bij een 'normale' zendmast. Aan de sectorstrepen kun je zien dat deze antennes van KPN zijn, wat komt doordat KPN de tunnel installatie beheert. Toch zenden deze antennes het signaal van alle providers uit. De combiners achter de antenne (groene pijl) trekken het lage signaal (700MHz & 800MHz) en het hoge signaal (1800MHz & 2100MHz) uit elkaar zodat deze afzonderlijk de antenne in kunnen gaan.

De vraag is nu alleen hoe het signaal in deze antennes komt. De RRUs van de providers zijn direct aangesloten op het LampSite systeem zonder aftakkingen. Hoe komt dit gecombineerde radiosignaal in de antennes terecht? Met RRUs natuurlijk. Dat brengt ons bij het vierde setje RRUs.

hRRUs voor de lage sectorantenneshRRUs voor de lage sectorantennes

Hier zie je een setje van 4 hRRUs voor de lage sectorantennes. Links is 2100MHz, rechts daarvan 1800MHz, rechts daarvan 800MHz en rechts daarvan 700MHz. Helemaal rechts zie je een voeding voor de zenders. Omdat het allemaal losse zenders zijn voor alle frequentiebanden zitten verderop combiners waar het signaal uit deze zenders wordt gecombineerd voor de lage sectorantennes. Deze hRRUs zijn alleen voor de twee sectorantennes. In de tunnel hangen nog een aantal van deze setjes hRRUs voor de antennes in de tunnel.

De signaalflow is dus als volgt. Zender van de provider -> Combiner in de gedeelde kast -> LampSite RF input -> Glasvezelverbinding naar de hRRUs -> Antenne. Het is nu dus relatief simpel om een glasvezelverbinding en stroomkabel de tunnel in te trekken, een aantal hRRUs op te hangen en aan te sluiten op de antennes.

ProRail en KPN publiceerden recent ook een artikel over de nieuwe tunneldekking, met een foto van een kast in de tunnel bij een van de antenne opstelpunten.

Zenders voor een antenne opstelpunt in de tunnel. (Bron: ProRail / KPN)Zenders voor een antenne opstelpunt in de tunnel. (Bron: ProRail / KPN)

In deze kast in de tunnel zie je dus ook een aantal hRRUs hangen. Achter de linker deur hangen vrijwel zeker de andere twee zenders. Er zijn dus meerdere van deze opstelpunten in de tunnel.

Waar in tunnels meestal gebruik wordt gemaakt van lekkende coax feeders (coax kabels met gaten in de mantel waardoor het signaal naar buiten 'lekt') wordt in deze tunnel alleen gebruik gemaakt van een aantal vaste antenne opstelpunnten in de tunnelbuizen.

In een video van Machinist Stefan op YouTube is een rit door de tunnel te zien, met een aantal van de opstelpunten.

Een antenne opstelpunt in de tunnel. (Bron: ProRail)Een antenne opstelpunt in de tunnel. (Bron: ProRail)

Op deze foto van ProRail zie je zo'n opstelpunt. Hier is de kast met apparatuur nog niet geplaatst, maar er hangen wel al vier antennes. Dit is een speciaal type antenne van Amphenol. In de koker zit een Yagi antenne die van het volledige bereik tussen 690MHz en 2700MHz ondersteunt. Net als in een gewone sectorantenne worden hier ook twee antennes per richting gebruikt, om een vorm van Mimo te ondersteunen. In beide tunnelbuizen hangen op meerdere plekken dit soort antennes, allemaal met een eigen setje hRRUs. Zo voorzien de providers samen de hele tunnel van dekking, zonder dat elke provider eigen antennes hoeft te plaatsen.

De volgende keer als je door de door de HSL-tunnel onder de Oude Maas rijdt zul je dus gewoon verder kunnen bellen of internetten. Dit is voorlopig nog de enige tunnel waar dekking is, maar de andere HSL tunnels zullen op een vergelijkbare manier van dekking worden voorzien. Als het zover is zullen we ook daar gaan kijken en alle informatie delen.

Tot zover deze editie van mast van de maand. Heb je suggesties of vragen? Laat het hieronder in de reacties weten!

Reacties