Le succès des smartphones a révolutionné notre façon d’être connecté au reste du monde. Cet objet est devenu un véritable centre névralgique, l’élément qui peut gérer toutes les composantes de notre vie. Une nouvelle technologie tout aussi spectaculaire est venue épauler cette chevauchée dans l’ère de l’internet : la 4G (LTE). Véritablement conçue pour l’usage internet, elle dépasse les soubresauts d’une technologie transitoire comme l’UMTS. Délai de latence minime, débits élevés, couverture stable à l’intérieur des bâtiments... On essaye, on goûte et l’on en redemande.

On se souvient tous de l’annonce du déploiement de la 3G. À l’époque, on nous vendait le WAP ou l’envoi de vidéo par MMS — dans une qualité et une définition encore moins bonnes que les écrans tout pixélisés qui représentaient l’état de l’art ; après le noir & blanc, on ne pouvait pas en demander tant. Le passage à la 3G n’eut pas, cependant, une nature si révolutionnaire compte tenu des besoins que nous avions. C’est en fait lors de l’arrivée de la 3G sur l’iPhone de deuxième génération que nous avons pris conscience du réel gain apporté et de la nécessité d’une telle technologie.

Avec les usages mobiles qui se multiplient, les réseaux doivent assurer. La demande de l'usager est simple : le plaisir et le confort de navigation doivent être les mêmes qu'à la maison. Une exigence qui pousse les réseaux mobiles à évoluer constamment. Aujourd'hui, la 3G atteint ses limites. Cette technologie a fait son temps, la 3G est dépassée, vive la 4G !

Les cellules 3G ne supportent pas l’explosion du trafic internet de nos smartphones

Ce qui a changé depuis les grands jours de la 3G, c’est l’explosion du trafic internet de nos smartphones. Ce trafic qui se multiplie met à mal la qualité de service des infrastructures 3G dans la mesure où les capacités de celles-ci demeurent identiques ; une même cellule 3G doit supporter de plus en plus d’usagers, eux-mêmes consommant de plus en plus de données. Un cercle vicieux en quelque sorte.

Afin d’illustrer ce phénomène qui détériore notre expérience, rappelons simplement que les débits théoriques de la 3G, comme toute autre technologie d’ailleurs, sont à partager au sein d’une même cellule – c’est-à-dire la zone couverte par une antenne. Autrement dit, l’ensemble des usagers couverts par une cellule 3G Dual Carrier devront se partager un débit maximal de 42 Mbits/s, en dehors de toute considération individuelle ou ponctuelle — comme le positionnement dans la cellule ou le modèle de modem par exemple.

Finalement, en heure de pointe, les débits que vous obtiendrez en 3G seront équivalents à ceux d’une box Wi-Fi en VDSL dont la zone de couverture contiendrait plusieurs centaines de personnes... Un rien limitant en effet. Donc, tout comme pour le Wi-Fi, il suffit d’augmenter les débits théoriques de l’émetteur afin que chaque usager puisse obtenir plus de débit.

L'intérêt de la 4G réside dans l'augmentation des débits théoriques de chaque antenne pour subvenir aux besoins de tous les usagers. La 4G actuelle permet de multiplier les débits par 3 environ, ce qui est assez significatif. L'autorité de régulation des communications électroniques et des postes (ARCEP) a mesuré un débit descendant moyen de 17,9 Mbits, contre 7,2 Mbit/s en 2G/3G.

À propos de ces réseaux 2G et 3G existants, la 4G ne vient pas les remplacer, elle s'y ajoute. Cela sous-entend que l'on mette à disposition des opérateurs des blocs de fréquences qui leur permettent de faire transiter le nouveau signal. L'attribution et l'acquisition de ces fréquences sont des enjeux majeurs pour les opérateurs.

La puissance d’un opérateur se compte en Hz

Les ressources spectrales sont limitées. Et comme toute ressource rare, il faut rationaliser l'utilisation du spectre afin que tout le monde puisse avoir accès aux fréquences dont il a besoin. L'attribution de nouvelles fréquences est toujours source d'enchères et les meilleures fréquences s'arrachent à prix fort. Le patrimoine de fréquences est donc le nerf de la guerre.

Pour un opérateur, deux points cardinaux déterminent le besoin de fréquences : la couverture et la capacité (nombre d'appels simultanés, débits de données, etc.). Afin de limiter le nombre de points relais à déployer, il faut que les antennes couvrent une grande partie de territoire. Mais, pour assurer une bonne qualité de service, il faut que chaque point relais ait la capacité de fournir un service au plus d'usagers possible. Donc, couverture et capacité sont complémentaires.

La première chose à savoir est que plus les fréquences sont basses et plus la qualité de propagation est importante. Autrement dit, il y a une meilleure couverture géographique et une meilleure propagation à travers les murs et les obstacles. Ceci explique pourquoi les fréquences utilisées par les médias (radio ou TNT notamment) se trouvent en bas du spectre ; le nombre d'émetteurs nécessaires pour couvrir l'ensemble du territoire est alors bien moindre.

Malheureusement, il faut aussi prendre en compte le fait que la capacité d'une bande de fréquence, donc les débits maximaux théoriques, dépend directement de la largeur de cette bande. Plus la bande est large, c'est-à-dire plus le nombre de Hz est élevé, et plus les capacités de cette bande seront importantes. Or, les fréquences basses sont beaucoup moins disponibles que les fréquences hautes et offrent beaucoup moins de bande passante. C'est pourquoi les hautes fréquences seront privilégiées pour des usages nécessitant de gros débits.

Pour un réseau local comme le Wi-Fi, l'utilisation des hautes fréquences est particulièrement appropriée. Cela offre des débits très élevés et la couverture limitée n'est généralement pas un problème — il existe sinon des moyens pour augmenter la portée de son réseau Wi-Fi.

En revanche, pour un réseau mobile, la faible couverture des hautes fréquences est plus problématique. Pour pallier le problème, les opérateurs utilisent souvent deux bandes de fréquences pour une technologie donnée comme la 4G (LTE) : une bande dans les fréquences basses (pour la qualité de couverture) et une bande dans les fréquences hautes (pour offrir du très haut débit).

Un choix de bande de fréquence 4G

En France, trois bandes de fréquences permettent d’émettre de la 4G : 800, 1800 et 2600 MHz.

L'attribution des fréquences 800 et 2600 a donné lieu à des enchères. Les fréquences 1800 sont issues du refarming (réutilisation) d'anciennes fréquences 2G, au nom de la neutralité technologique (lire : 4G LTE : l'Arcep autorise Bouygues Telecom à utiliser les fréquences 1 800 MHz). Les 800 MHz sont d'anciennes fréquences de la TV analogique (dividende numérique), ce sont donc des fréquences basses. Les 2600 se situent au niveau des fréquences utilisées pour le Wi-Fi, ce sont des fréquences hautes.

Au début du déploiement, il n'est pas rare de favoriser une fréquence plutôt qu'une autre en raison de moyens financiers limités notamment. La stratégie des opérateurs est donc intéressante à étudier ; ils doivent choisir entre une excellente couverture et d’excellents débits (fréquences basses vs fréquences hautes). Un choix pas très évident, qui doit aussi prendre en compte les obligations de déploiement fixées par l'ARCEP.

Les fréquences en or, en 800 MHz

Comme nous venons de le voir, les fréquences basses sont souvent les plus demandées. Elles permettent de bien couvrir une étendue géographique, que ce soit des km2 de campagne ou des milliers de m2 d’immeubles urbains. Ces fréquences sont nécessaires pour couvrir tous les petits recoins de France. Aujourd’hui, la technologie qui utilise le plus les fréquences basses est, paradoxalement, la technologie que nous n’aimons pas « capter » de nos jours : l'EDGE. Donc, en attendant le déploiement de l’UMTS 900 qui tarde encore dans les villes, l'EDGE est la seule technologie disponible (presque) partout.

Mettre aux enchères 30 MHz de fréquences basses (bande 800 MHz) pour la 4G a donc nécessairement suscité beaucoup d’intérêt et de convoitise — ce qui a rapporté gros à l’État. Trois opérateurs ont obtenu ces précieuses fréquences : SFR, Orange et Bouygues Telecom (10 MHz chacun). Leur nature « couvrante » a rendu les obligations de couverture de la population particulièrement ambitieuses : 98% de la population en 2024 et 99,6% en 2027 ; ce qui ne sera pas une mince affaire. Les derniers pourcentages sont extrêmement durs à obtenir ; il suffit de voir le nombre d’antennes 2G dans les fréquences basses (plus de 18000 rien que pour Orange).

Ces 10MHz de bande permettent d’atteindre des débits de l’ordre de 80Mbits/s, soit deux fois mieux que la H+ Dual Carrier.

Les fréquences hautes, en 2600 MHz

Aux caractéristiques opposées, les autres fréquences sujettes aux enchères (2600 MHz) n’ont pas rapporté autant. Elles proposent pourtant des débits jusqu’à deux fois supérieurs selon les bandes obtenues par les opérateurs. Leur faible portée rend néanmoins le déploiement beaucoup plus lent et contraignant. Autre désavantage, elles traversent mal les murs et les obstacles, ce qui fait que ces fréquences ne garantiront pas une connexion stable en intérieur.

Les quatre opérateurs ont obtenu ces fréquences hautes. SFR et Bouygues Telecom ont chacun obtenu 15 MHz, ce qui leur permet de proposer des débits de l’ordre de 115 Mbits/s. Orange et Free Mobile sont les mieux lotis, ils possèdent 20 MHz chacun, ce qui permet d’atteindre 150 Mbits/s.

Les obligations de couverture sont logiquement moins ambitieuses, ne dépassant pas 75% en 2023.

Les anciennes fréquences 2G, en 1800 MHz

Pour finir, une troisième bande peut être utilisée pour la 4G, ce sont les bandes 1800 MHz actuellement utilisées pour la 2G. Ce refarming des fréquences était initialement prévu pour 2016 au nom de la neutralité technologique. Néanmoins, les opérateurs peuvent, sur demande, le mettre en place dès à présent suite à un avis favorable de l’ARCEP.

Pour le moment, seul Bouygues Telecom est en capacité de le faire dans la mesure où il est le seul à posséder des Hz disponibles dans cette bande. En effet, réallouer des fréquences pour la 4G suppose l'abandon de cesdites fréquences pour la 2G, chose qui n'est pas possible pour les deux premiers opérateurs français dont une grande partie des clients voix utilise encore ce réseau 2G.

Le déroulement du déploiement

Chacun des opérateurs se trouve donc en possession d'un portefeuille de fréquences. Hors refarming cela donne : 30 MHz pour Orange, 25 MHz pour SFR et Bouygues Telecom et enfin 20 MHz pour Free Mobile. Une fois le portefeuille en main, il faut déployer un nouveau réseau d'antennes (ou remplacer l'existant) afin d'émettre dans ces fréquences. C'est ce déploiement qui est au cœur de la stratégie des opérateurs.

Sur un marché à forts coûts fixes, les dépenses d'investissements influent intrinsèquement sur la rentabilité du marché ; les dépenses d'infrastructures doivent donc être réfléchies. Investir massivement dans un réseau 4G ne garantit pas le recrutement massif de clients et pourrait mettre à mal la rentabilité de l'opérateur. On a bien vu, d'ailleurs, que l'avance de Bouygues Telecom sur la couverture ne lui a pas permis de recruter davantage que les autres.

Le choix des fréquences déployées est important dans la mesure où cela aura un impact sur la qualité du réseau, mais aussi et surtout sur son coût. Certaines fréquences demanderont moins d'efforts d'investissement, d'autres apporteront plus de souplesse. Pour comprendre cela, il faut savoir que le matériel utilisé aujourd’hui par les opérateurs est dit multistandard, ou convergent. Au niveau de chaque relais, l'infrastructure est décomposée en plusieurs parties indépendantes qu'il est possible de mettre à niveau au fur et à mesure.

Pour simplifier, il y a la partie qui gère les différents protocoles (GSM, UMTS, LTE), une partie amplification de fréquences qui gère le signal dans une fréquence en particulier, puis il y a l'antenne. Pour émettre en 4G LTE dans une fréquence donnée, il faut donc la carte LTE, un ampli dans la fréquence souhaitée ainsi qu'une antenne supportant ladite bande. Le gros avantage, alors, est de ne pas avoir à dupliquer certains matériels pour supporter plusieurs bandes de fréquences. Ce matériel convergent donne naissance à différentes mises en place de la 4G propres à chaque opérateur.

Le cas de Bouygues Telecom

L’entreprise de Martin Bouygues a hérité d’un maillage d’antennes 1800 MHz particulièrement bien développé : ce sont les premières fréquences 2G avec lesquelles l’opérateur a pu couvrir le territoire. Le nombre de ses clients étant de surcroît moins important que ses concurrents, le refarming des fréquences 2G était tout indiqué pour le déploiement de son réseau 4G.

Dès lors que l’ARCEP a validé la demande de refarming, Bouygues Telecom a pu déployer extrêmement rapidement. Grâce à son matériel multistandard, l’opérateur n’a eu qu’à rajouter des cartes de protocole LTE sans modifier le reste du matériel, ce qui lui a permis de s’affranchir de bien des lourdeurs administratives comme les renégociations de baux et des autorisations municipales. Le maillage 1800 MHz étant par ailleurs déjà en place depuis des années, l’activation du réseau a pu se faire en un rien de temps.

Le seul investissement massif consenti par Bouygues Telecom est la mise à jour de son infrastructure de collecte — et notamment de ses faisceaux hertziens initialement limités à 40-50Mb/s — qui constituent la liaison entre les antennes et le réseau fixe. Certains points ont été fibrés, pour les autres il a fallu passer aux faisceaux hertziens de dernière génération, technologie qui permet d'atteindre le Gb/s tout de même.

Aujourd’hui, l’opérateur peut se targuer de proposer 70 % de couverture de la population, et ce, pour un coût d’investissement bien inférieur à celui de ses concurrents. Concernant les débits, l’opérateur a commencé par mettre 10 MHz dans le pot dans sa bande 1800 MHz (soit environ 80 Mb/s) et propose depuis peu des débits 50% supérieurs (en passant progressivement à 15MHz). À largeur de bande équivalente, les débits observés sont très bons.

Le cas de SFR

La stratégie de SFR consiste à déployer en priorité des antennes 800 MHz, et ce, afin de limiter le nombre de sites à mettre en place. Pour déployer du 800 MHz, il faut modifier l’ensemble de la chaine : nouvelle carte de protocole, ampli de fréquence 800 MHz et antenne compatible. Ce n’est pas une mince affaire, notamment parce que l’encombrement des antennes supportant le 800 MHz (2,6m de long pour une cinquantaine de kilos) alourdit les contraintes techniques et administratives (impact visuel), ce qui ralentit le déploiement.

Le choix des fréquences en or a pourtant certains avantages. La couverture est bien meilleure, y compris dans les bâtiments, ce qui a un impact sur la qualité de service — sauf pour les débits qui sont limités à 80 Mb/s environ. Et une fois que les antennes sont installées, le plus dur est fait : elles pourront aussi être utilisées pour le déploiement dans la bande 2600 MHz.

Nonobstant, l’opérateur n’a pas brillé par sa rapidité. Alors qu’il possède un réseau 2G/3G très étendu, la migration de ses sites vers la 4G ne semble pas une priorité. D’aucuns disent qu’il prend son temps parce qu’il devrait bientôt profiter d’une itinérance 4G sur le réseau Bouygues Telecom, c’est une explication tout à fait plausible. Il n’empêche qu’il eût été plus crédible de rénover son réseau bien plus tôt, car celui-ci est aujourd’hui sujet à bien trop de pannes pour cause de maintenance — un comble pour le second réseau de France (chronologiquement).

Les mesures de l'ARCEP font état d'une couverture 4G de seulement 30% de la population au 1er juillet, ce qui le situe loin derrière Bouygues Telecom. De plus, les débits moyens relevés (toujours à largeur de bande équivalente) semblent particulièrement faibles. Peut-être est-ce dû à une infrastructure de collecte (liaisons fixes entre les antennes et le réseau) particulièrement sous-dimensionnée, ce qui constitue un vrai goulot d'étranglement.

Le cas d'Orange

Pour contrer le refarming 2G de Bouygues Telecom, Orange a dû mettre les bouchées doubles, surtout qu’il ne peut pas user du même procédé avec les fréquences 1800 MHz. Grâce à sa puissance financière, l’opérateur a pu déployer tous azimuts, dans toutes les fréquences et partout en France.

En commençant par les zones urbaines, l’opérateur a principalement déployé des antennes 2600 MHz afin de proposer les meilleurs débits (150 Mbits/s). Dans ces zones-là, entre un quart et un tiers des antennes sont bibandes 4G, c’est-à-dire qu’elles émettent également dans la bande des 800 MHz. Dans les zones moins denses, le rapport est inverse : l’opérateur déploie quasi systématiquement dans les bandes 800 MHz avec quelques supports bibandes pour les centres-villes — on parle là de villes de moins de 50 000 habitants.

Tout comme pour SFR, l’opérateur a dû s’engager dans les démarches nécessaires pour l’installation de nouvelles antennes ainsi que les amplis de fréquence et cartes compatibles. Cependant, Orange l’a fait avec un peu plus de conviction, semble-t-il : l’opérateur a déployé plus de 6500 supports 4G en 800 MHz et/ou 2600 MHz, ce qui n’est pas rien. En moins de 8 mois, Orange a rattrapé Bouygues Telecom en nombre de supports alors que celui-ci a réutilisé son matériel existant. Plutôt impressionnant.

Le réseau de collecte de l'opérateur historique n'a pas été la source de problème dans la mesure où tous les points relais sont fibrés depuis l'arrivée de la 3G. Il a simplement fallu migrer vers de la fibre gigabit Ethernet, ce qui n’est pas un gros problème technique en soi. Grâce à cela et à son gros portefeuille de fréquences, les débits proposés par l'opérateur sont bien meilleurs que ceux proposés par ses deux concurrents historiques.

Sa couverture est estimée à 66 % de la population.

Le cas de Free Mobile

Pour le nouvel entrant, la réelle difficulté est de déployer son propre réseau de points hauts, 3G comme 4G. La stratégie de déploiement 4G devient assez simple finalement : dès le départ Free Mobile a installé des antennes compatibles 2600 MHz. Il n’a donc qu’à mettre en place les amplis de fréquence (peut-être l’a-t-il déjà fait) et surtout dimensionner le réseau de collecte en conséquence. C’est principalement ce dernier point qui fait que la 4G Free Mobile n’est pas encore disponible sur l’ensemble des antennes 3G de l’opérateur.

Toutefois, rappelons que l’opérateur ne possède que 3200 antennes en service (3G) et qu’il restera toujours limité par son statut de nouvel entrant. Le client de Free Mobile ne profitant d’ailleurs pas d’une itinérance 4G, il est certain que les plus voyageurs devront patienter avant de choisir le réseau du trublion.

Sa couverture se situe à quelques pas de celle de SFR, à 24 % de la population précisément. Ne pouvant déployer que dans les fréquences hautes et possédant 20 MHz de largeur de bande, Free Mobile propose d’aussi bons débits qu’Orange.

Une concurrence qui va prendre de l’ampleur

L’arrivée de la 4G+

Le patrimoine spectral des opérateurs va avoir encore plus d’impact ces prochains mois, grâce notamment à l’arrivée de l’agrégation de porteuses qui permet de combiner les bandes de fréquences. Une technologie que les opérateurs ont, avec tant de facilité, qualifiée de 4G+. Avec cette nouvelle norme, les débits et la qualité de la connexion dépendront de la meilleure combinaison des meilleures bandes de fréquences à disposition de l’opérateur. Ainsi, il ne sera plus question de compromis entre couverture et débits, le terminal se connectant à plusieurs bandes en même temps. Cette 4G+ va encore creuser l’écart entre les opérateurs.

Seuls trois des opérateurs pourront proposer la 4G+ (SFR, Orange et Bouygues Telecom). Et là encore, les deux leaders semblent avoir anticipé les choses d’une manière telle qu’ils devraient encore rester en tête pendant longtemps. Orange a mis en place un déploiement systématique dans les deux bandes de fréquences, ce qui lui permet déjà de posséder plus de 1500 antennes prêtes pour la 4G+ (25-30% de la population potentiellement couverte). Bouygues Telecom est également bien loti dans la mesure où il déploie dans trois fréquences différentes, lui conférant autant de largesse pour ouvrir la 4G+ dans les 16 plus grandes agglomérations à la rentrée.

Les débits maximaux vont être portés à 225Mb/s, la qualité de connexion sera également meilleure. Mais pour en profiter, il faudra un smartphone compatible, ce qui est encore très rare.

Les dés sont jetés

La qualité des réseaux est devenue particulièrement importante avec l’avènement des smartphones et des tablettes. Aujourd’hui, l’utilisateur veut pouvoir être connecté partout en France, avec un réseau de qualité. On assiste depuis peu à une concurrence forte sur le déploiement de la 4G, grâce à l’arrivée d’un quatrième opérateur ainsi qu’à l’autorisation de refarming 2G qui a permis à Bouygues Telecom de couvrir une grande partie de la population dès octobre dernier.

Seulement, cette belle concurrence qualitative n’implique pas tous les opérateurs et on assiste même à une scission du marché : d’un côté les opérateurs ayant souhaité se différencier par le réseau (Orange et Bouygues Telecom), puis les autres ayant d’autres priorités… Les résultats récents de qualité et de couverture publiés par l’ARCEP sont particulièrement éloquents ; la qualité des réseaux, bien qu'elle soit un enjeu de taille, ne semble pas intéresser tous les opérateurs. C’est un constat étrange qui malheureusement est sans pitié : les gens exigeants — souvent les plus gros consommateurs — iront là où l’herbe pousse.

Les choses ne vont d’ailleurs pas s’arranger ; l’arrivée de la 4G+ va révéler les opérateurs les mieux lotis et les plus investis dans la lourde tâche qui consiste à mettre à disposition des usagers le très haut débit mobile. Finalement, cette bataille sur un marché si élastique nous fait parfois oublier que les prix ne font pas tout. La concurrence est rude, les débats passionnent, mais les résultats sont là.