Observatoire des débits – Point au 1er semestre 2023
illustration par TomZZ
I - Positionnement
RNC Mobile est un projet initié par des bénévoles passionnés des télécoms et porté par la communauté des Freenautes (clients chez Free). Son but est de centraliser les données d’identification des antennes Freemobile envoyées par les utilisateurs de l'application dédiée (Android) mais pas que. En effet, depuis l'été 2017, il est possible de mesurer les débits montants et descendants en chargeant plusieurs fichiers simultanément sur plusieurs serveurs différents et participer ainsi aux statistiques des fiches des sites radio. Particularités importantes, un test de débit n'est valide que s'il est entièrement fait sur le même site radio, dans la même technologie (3G/4G/5G) et uniquement sur le réseau Freemobile. En d'autres termes, si durant le processus un changement de site ou de technologie s'opère, le test est abandonné. Cet observatoire va donc s'appuyer sur cette base de données alimentée régulièrement par la communauté et nous vous proposerons régulièrement des statistiques qui en découleront afin de compléter celles déjà disponibles.
II - Volume de données traitées
La régression du nombre de mesures de débits en 4G se poursuit depuis le lancement de 5G à la fin de l'année 2020.
D'un premier trimestre 2021 se situant autour de 7500 tests, nous sommes passés à un niveau moyen d'à peine plus de 2000 tests sur le deuxième trimestre 2023. En revanche, la 5G progresse de 4500 mesures de débit au deuxième trimestre 2021 à une moyenne de 5750 tests au deuxième trimestre 2023. Un pic à 6887 mesures a même été atteint en mai 2023.
Ces évolutions se traduisent par une assez forte progression annuelle de la part des tests en 5G. Ceux-ci varient de 39,7% en 2021, à 55,6% en 2022, puis 66,4% en 2023. C'est la conséquence de la progression du déploiement tel qu'indiqué ci-dessous, augmenté de l'effet évolution du parc des téléphones mobiles des contributeurs à cette campagne de mesures.
La 3G, quelle soit en zone blanche ou en réseau propre a quasiment disparu des tests. La 4G située en zone blanche se maintient en revanche autour des 2% sur les quatre dernières années.
III – Éléments de contexte
III - 1 Déploiement des fréquences
Le déploiement par Freemobile des fréquences et technologies à partir de l'exploitation des données de l'ANFR se présente comme suit (hors zone blanche) à la fin août 2023 :
Si l'on s'intéresse aux sites actifs hors zone blanche, les sites uniquement équipés en 3G ne représentent plus rien à ce jour (16 cas sur 20344, soit 0,08%). Les sites ne disposant que de la 4G ne représentent que 12% des situations. Enfin, les sites 5G se répartissent entre sites capables de haut débit (3500MHz) à hauteur de 25% de l'ensemble des sites (29% des sites équipés d'une fréquence 5G). Les sites 5G n'utilisant que la fréquence en or (700MHz) - et donc capable de couvrir une zone bien plus étendue - sont largement majoritaires, mais leur part continue de décroître, comme le montre le graphe du paragraphe III - 3b.
III - 2 Déploiement des fréquences 4G
Historiquement, Freemobile n'a pu déployer dans un premier temps - et pour des questions de licence - que la fréquence LTE 2600 MHz. Cette fréquence, bien que fournissant une couverture moindre, représente encore aujourd'hui 85% des sites tels qu'ils ont été identifiés par la Communauté (zone blanche comprise).
Les fréquences acquises ultérieurement (LTE 1800 & LTE 700) disposent déjà d'un taux élévé de présence avec un ratio de 88% et 95%.
Enfin, la dernière fréquence (LTE 2100) - réellement utilisable en 4G que depuis à peine deux ans - est déjà présente dans 37% des configurations.
III - 3a Déploiement des fréquences 5G
Comme indiqué plus haut la 5G est présente, à ce jour, dans 87% des antennes-relais (sans comptabilisation des sites opérés en zone blanche). Il subsiste donc quelques centaines de sites du réseau propre émettant en 4G (voir en 3G) situés principalement en zone rurale et la quasi-totalité des sites opérés mutuellement par les quatre opérateurs (métro, tunnels, stades, sites commerciaux à couverture interne, etc...).
III - 3b Part du haut débit au sein de la 5G
En ne considérant que les sites 5G, leur taux d'équipement en haut débit a progressé de 0% en janvier 2021 à 29% en septembre 2023. Il a continué de progresser sur la dernière année en passant de 24% à 29%.
Il convient pourtant de relativiser l'intérêt de cette progression au-delà du premier quart atteint au début 2023. La présence massive (hors zone blanche et sites partagés) de sites dotés de 3, voire 4 fréquences capables de distribuer un débit théorique en 4G de 587 Mbps en MIMO2x2, voire jusqu'à 1175 Mbps en MIMO4x4 (voir § III - 4) rend en effet peu probable que plus de 25% des sites aient été saturés ou le soient à court terme. Il est, en effet plus utile, si l'on considère le taux relativement bas d'équipements en 5G des utilisateurs basiques, de privilégier les investissements apportant du débit aux clients équipés en 4G (accélération de la mise à disposition de la fréquence LTE 2100, densification des sites en zone urbaine dense ou rurale imparfaitement couvertes).
NB : Ce raisonnement ne s'applique évidemment pas aux opérateurs disposant d'une clientèle deux fois plus développée comme Orange et d'une densification certes perfectible, mais présente de longue date.
III - 4 Capacité théorique des antennes-relais et des terminaux
Les débits mesurés étant basés sur le volontarisme des contributeurs, les résultats sont, bien sûr liés aux équipements mis en place par Freemobile, mais également à la capacité des terminaux à les gérer.
Par chance, les mesures sont très peu affectées par le type d’abonnement souscrit par un client, contrairement à ce qui peut se passer chez d’autres opérateurs pour des raisons de coût. En effet, la 5G est quasi systématiquement potentiellement présente, hors forfait 2€ qui ne permet pas d'effectuer des mesures de débits en 4G ou 5G en raison des limites du forfait (50 Mo par mois).
Terminaux 4G :
Hors zone blanche, 98 % des installations peuvent délivrer théoriquement 441 Mbps [en MIMO2x2] avec un mobile 4G (3CA sans 2100 MHz) et même 587 Mbps avec un mobile 4G pour 37% des sites (capables 4CA grâce au 2100 MHz) .
Une faible partie d’entre elles (équipées de MIMO4x4 et dotées de la bande b1) peut même monter jusqu’à 1175 Mbps avec un mobile performant en 4G [Sources : https://cacombos.com/device/XQ-BC52 ] (4CA+MIMO4x4 sur toutes les fréquences utilisées par Freemobile).
En zone blanche, les équipements ne disposent que de deux fréquences non agrégables de 20 MHz. Le débit théorique reste donc limité à 196 Mbps pour un utilisateur.
Terminaux 5G :
Installations sans la fréquence 3,5 GHz
La technologie 5G n'amenant aucun progrès à largeur de bande équivalente et à modulation identique, les débits obtenus en 5G sont quasiment équivalents pour la même largeur cumulée sur toutes les fréquences et toutes technologies. En théorie, le recours au DSS minore d'environ 20% le débit de la fréquence n28 disponible, soit d'environ 20 Mbps. En réalité, la différence n'est pas flagrante au vu de l'analyse des sites multi-testés sur les deux technologies.
Installations avec la fréquence 3,5 GHz
Pour les installations dotées de la bande n78, le débit maximal théorique est de 1249 Mbps (en MIMO2x2), voire 1793 Mbps (en MIMO4x4) avec un terminal adéquat [MIMO4x4 donc installation complète très récente ou modernisée en zone dense].
Début 2023, 25 % des sites 5G en service sont équipés de cette fréquence. Ils sont 28% à l'issue du premier semestre. Les mesures de débit sur le premier semestre 2023 reposent donc sur un taux d'équipement dans une fourchette de 25%-28%.
NB1 : Nous renvoyons aux chapitres X - 1 indiquant les principaux terminaux mobiles utilisés en 2023 par les contributeurs.
NB2 : D'autres éléments de contexte sont visibles sur les versions précédentes. Ils ne seront pas rappelés ici. Nous renvoyons donc à la lecture des précédentes versions de l'Observatoire.
III - 5 Calendrier de déploiement des technologies des antennes-relais chez Freemobile
15/12/2020 : Lancement de la technologie 5G : Apport de la capacité d’une bande 60 MHz dans un premier temps sur les installations équipées de la fréquence 3,5 GHz (gain théorique de 515 Mbps). Aucun apport en débit pour les installations seulement équipées de la fréquence 700 MHz en 5G à l’exception de celles bénéficiant de l’effet « intersite » et uniquement pour les clients évoluant dans un rayon d’un à deux kilomètres autour d’une station 3,5 GHz, mais connectés sur l’antenne la plus proche.
21/08/2021 : Ouverture officielle de la fréquence 2100 MHz en technologie 4G sur une large de bande de 10 MHz dans un premier temps (gain théorique de ~100 Mbps en MIMO2x2 et de ~200 Mbps en MIMO4x4)
18/05/2022 : Mise à jour logicielle pour permettre l’exploitation de la totalité de la licence dans la bande 3,5 GHz, soit 70 MHz (gain théorique de ~90 Mbps) [https://twitter.com/Free_1337/status/1526822491745837065].
Depuis plusieurs mois, les nouvelles antennes, ainsi que celles rénovées intégralement (notamment construites dans les années 2011 à 2013) disposent d’équipements capables de gérer la technologie MIMO4x4 doublant ainsi le débit descendant des fréquences concernées.
Depuis l'année 2022, une partie des installations bénéficie d’une agrégation de deux fréquences sur le flux montant.
21/12/2022 : Élargissement en 4G de 10 à 15 MHz de la fréquence 2100 MHz (gain théorique de ~50 Mbps en MIMO2x2 et de ~100 Mbps en MIMO4x4) [https://twitter.com/Free_1337/status/1605474987976146945].
30/06/2023 : Finalisation de l'élargissement à 15 MHz en Île-de-France.
Autres améliorations intervenant dans la durée de vie de l’installation contribuant à l’amélioration des performances en débit descendant, voire montant : passage de 64QAM à 256QAM en débit descendant et de 16 à 256 QAM en débit montant, amélioration de la collecte en remplaçant un faisceau hertzien à la capacité limitée par un modèle plus performant ou par une connexion en fibre, amélioration de la connexion en fibre passant d’une capacité d’1 Gbps à 10 Gpbs.
Les Débits (Préambule)
La simple analyse des moyennes ne permettant pas de rendre compte de la diversité et la complexité des situations rencontrées sur un parc d'antennes-relais, la comparaison des performances entre les technologies repose sur la détermination de profils de débits construits à partir de la notion statistique de percentiles. L’analyse sera principalement conduite sur une base temporelle (évolution des profils de débits du premier semestre 2023 en référence aux années civiles 2021 et 2022). Pour la technologie 5G qui prend le pas sur les autres technologies, l’analyse adoptera une approche géographique établie sur les 20 plus grandes villes de métropole censées être les plus testées et les mieux équipées en 5G. Toutefois, cette dernière analyse fait l’objet d’une publication complémentaire à périodicité annuelle (voir la version pour l'année 2022 : https://rncmobile.net/wp/9389).
IV - Profil des mesures de débit 3G
Comme indiqué plus haut, le nombre des mesures de débit réalisées en 3G ne cesse de régresser et ne représente plus que 192 valeurs sur le premier semestre 2023, dont 37 en zone blanche. Le très faible nombre de mesures effectuées en 2023, rend donc impossible toute analyse sérieuse de l'évolution annuelle (voir graphe ci-dessous chapitre XIII).
V - Profil des mesures de débit 4G
V - 1 Profil des débits descendants moyens en 4G
Les dernières évolutions technologiques ne touchant qu'un relativement faible nombre d'installations, il est logique que la valeur médiane soit très peu impactée (75 Mbps au premier semestre 2023 vs 74 Mbps sur l'année 2021).
Le dernier décile progresse de 16,4% de 2021 à 2023, mais la progression était déjà de de 12,8% en 2022.
Le dernier percentile progresse assez fortement depuis 2021 (+86,6%) et bien plus qu'entre 2021 et 2022 (seulement +27,4%).
Cette progression d'ensemble est principalement poussée par le déploiement de la fréquence LTE 2100 MHz (23% des sites au début de ce semestre de mesures, puis 32% en fin de tests [Voir § III - 2]). Ce phénomène couvre donc le dernier quartile (25% des meilleurs tests).
La progression fulgurante qui ne touche que les derniers percentiles semble portée par le début de déploiement de la MIMO4x4 puisque le dernier percentile égale la limite théorique de 587 Mbps d'un équipement complet en MIMO2x2. Les différentes publications de l'ARCEP et de l'ANFR ne permettant pas de connaître la présence de cette fonctionnalité, il est probable au vu de ce graphe, que celle-ci dépassait 2% des sites, mais restait inférieure à 10% en fin de premier semestre 2023.
V - 2 Profil des débits montants moyens en 4G
Comme pour les débits descendants, les débits montants ne progressent qu'à partir du dernier quartile, portés essentiellement par la possibilité d'agrégation de deux fréquences et par le changement de modulation (256QAM vs 16QAM). Ces deux avantages ne sont accessibles qu'aux détenteurs de mobiles performants.
VI - Profils annuels des mesures de débit 5G
VI - 1 Profil des débits descendants moyens 2023 comparés aux années précédentes
L'essentiel de la progression des performances s'est réalisée en 2022 avec une amélioration sensible du taux de présence de la fréquence apportant le haut débit (2021 : fourchette : 0%-16%, 2022 : fourchette : 17%-25%, 2023-S1 : 25%-29%). La progression entre 2022 et le premier semestre 2023 s'effectue principalement - à l'instar de la 4G - sur le parc nouvellement équipé en LTE 2100 MHz. De la même façon, une petite partie du parc (quelques pourcents) bénéficie de la technologie MIMO4x4 pour les contributeurs correctement équipés en mobile.
VI - 2 Profil des débits montants moyens 2023 comparés aux années précédentes
La valeur médiane a évolué de 37% si l'on prend en référence l'année 2021. En revanche, l'évolution est quasi nulle par rapport à 2022. Là aussi, l'impact des évolutions technologiques se mesure essentiellement sur les derniers percentiles. La progression est de 52,5% sur 2021, dont 17% entre l'année 2022 et le premier semestre 2023. Elle touche jusqu'au quart de l'échantillon, puisque le dernier quartile progresse encore de 3 Mbps (53 vs 50 Mbps) sur le premier semestre. Cette progression semble provenir principalement de la nouvelle capacité d'agréger la bande TDD à la fréquence 4G pilote en 5G NSA. Secondairement, la capacité à gérer le 256QAM sur la voie de retour contribue aussi à l'amélioration des performances.
VII - Profil trimestriel et mensuel des mesures de débit descendant 5G
VII - 1 Profil des débits descendants moyens comparés par trimestre d’octobre 2021 à juin 2023
L'analyse par trimestre montre une progression nette entre le dernier trimestre 2021 servant de référence et le deuxième trimestre 2023. La médiane progresse de 93% tandis que le dernier quartile porte une progression de 56%.
VII - 2 Profil des débits montants moyens comparés par trimestre d’octobre 2021 à juin 2023
En reprenant les mêmes références, la médiane progresse de 33% et le dernier quartile de 47%. Les tendances générales observées pour les débits descendants sont reconduites pour les débits montants.
Toutefois, ce paramètre semble plus sensible aux variations saisonnières puisque plusieurs trimestres font mieux que le dernier trimestre mesuré.
VII - 3 Profil des débits descendants moyens par mois
La progression entre le premier et le dernier mois du semestre est de 21% sur la médiane et de 16% sur le dernier quartile.
Les observations formulées ci-dessus pour les débits descendants peuvent être reconduites à l'échelle du mois, avec un effet amplifié des variations saisonnières. Le mois de mai semble le plus favorable. C'est aussi le plus riche en tests avec 6887 mesures de débit effectuées (record mensuel en 5G depuis son lancement).
VII - 4 Profil des débits montants moyens par mois
La médiane reste stable, le dernier quartile progresse de 10%, le dernier décile de 11% et le dernier percentile de 21%. La progression observée sur le long terme semble se maintenir sur le court terme (dernier semestre).
VIII Evolutions trimestrielle et mensuelle des médianes et des quartiles
VIII - 1 Evolution trimestrielle des médianes et des quartiles (débits descendants 5G)
En se limitant aux trois paramètres essentiels dans la mesure où la médiane partage l'échantillon en deux sous-ensembles égaux et où les deux quartiles sont les valeurs encadrant également la moitié de l'échantillon autour de la valeur médiane, les courbes montrent une forte progression constante des performances entre le troisième trimestre 2021 et le troisième trimestre 2022, suivi d'un retrait jusqu'au printemps 2023 et d'un retour marqué sur le dernier trimestre.
La fourchette encadrant 50% des performances médianes évolue ainsi de 77-288 Mbps à 201-592 Mbps en débits descendants entre le trimestre de démarrage de la 5G et le dernier trimestre mesuré.
VIII – 2 Evolution mensuelle des médianes et des quartiles (débits descendants 5G)
L'analyse des mêmes paramètres avec une périodicité mensuelle entre le mois de mars 2022 et le mois de juin 2023 montre une progression plus modeste sur les quinze derniers mois.
IX - Les départements et communes disposant de mesures de débits descendants supérieures à 500 Mbps [1er semestre 2023]
La plupart des départements métropolitains disposent d'au moins un test de débit de plus de 500 Mbps.
Seuls les 11 départements suivants n'en disposent pas : Hautes-Alpes, Ardennes, Aveyron, Charente, Creuse, Indre, Lot, Lozère, Haute-Marne, Orne et Hautes-Pyrénées.
22 départements ont été testés plus de 100 fois à plus de 500 Mbps. 2 d'entre eux disposent de 1000 tests et plus.
541 communes disposent d'au moins une mesure de débit de plus de 500 Mbps. 25 d'entre elles ont été mesurées plus de 100 fois à plus de 500 Mbps.
X - Les mobiles les plus utilisés
X - 1 Les 20 mobiles les plus utilisés au premier semestre 2023
47302 mesures de débit ont été réalisées au premier semestre 2023 dont les deux-tiers en 5G.
365 modèles de mobile différents ont été utilisés, soit une moyenne de 130 tests par modèle. Les 11 modèles ayant réalisé plus de 1000 tests représentent 57% des mesures. Les 20 premiers modèles listés ci-dessus en représentent 69%.
XII Bonus : Comparaison par sous-échantillon
Il est légitime de s'interroger sur l'effet de la présence de quelques speedtesteurs hyper actifs sur la représentativité de l'échantillon étudié (voir certains commentateurs compulsifs sévissant sur Univers Freebox les qualifiant de "speedtesteurs fous").
Il est tout aussi légitime de s'interroger sur la loyauté d'une partie des speedtesteurs omettant volontairement ou non de renseigner leur pseudo.
Pour mesurer ces deux effets perturbateurs, l'échantillon a été partitionné en trois sous-échantillons :
- l'échantillon des speedtesteurs ayant réalisés plus de 1000 speedtests sur l'année 2022 ou sur le premier trimestre 2023,
- l'échantillon des speedtesteurs anonymes,
- l'échantillon résiduel expurgé de ces deux sous-échantillons supposés apporter un biais à l'échantillon global.
Pour disposer d'un volume de données suffisant, l'analyse porte sur les derniers 18 mois (2022 et premier semestre 2023).
XII -1 Comparaison entre l'échantillon global et l'échantillon expurgé
Les deux profils sont quasiment identiques.
La médiane de l'échantillon expurgé est la même que celle de l'échantillon global. L'expurgation a même un léger effet positif sur la médiane qui progresse de 0,37%.
On peut donc en conclure que, si certains spedtesteurs cherchent à biaiser les résultats en multipliant les tests favorables ou défavorables, leur intervention n'a pratiquement aucun effet ou leur résultante a un effet nul ou très modeste dans les marges extrêmes (les premiers et derniers déciles).
XII - 2 Comparaison entre les trois sous-échantillons
En comparant les trois sous-échantillons, on peut visualiser l'incidence du comportement supposé des trois groupes d'acteurs.
Les speedtesteurs les plus actifs ne "faussent" la médiane que de 12% sur leur échantillon. Les speedtesteurs masqués sont plus efficaces en faisant chuter leur part de 39%, sans parvenir à infléchir le résultat global.
NB : Évidemment, la très grande majorité des speedtesteurs des deux sous-groupes "mis en cause " n'ont pas a priori d'intention maligne.
XIII Zoom sur l'évolution du nombre de mesures de débit de la 3G de 2022 à 2023
Le très faible nombre de mesures dans cette technologie depuis le mois de janvier 2023 n'a pas permis de laisser perdurer cette technologie dans les analyses.
Voila, cet observatoire est maintenant terminé, n'hésitez pas à nous remonter vos remarques via Twitter, ou de préférence sur Mastodon et sur Discord, à bientôt.
illustration par TomZz