Dossier 4G : le futur de la téléphonie mobile en détail

Huit ans après la 3G, le réseau mobile est à l'aube d'une évolution majeure. Les premiers terminaux compatibles 4G pourront attendre des débits en téléchargement presque 5 fois supérieurs à une liaison 3G+. À terme, la 4G multipliera par 14 les débits maximums de téléchargement actuels.

En France, les trois opérateurs s'apprêtent à lancer leurs réseaux 4G dans le courant du premier trimestre 2013. Dans un premier temps, la couverture du très haut débit mobile restera limitée aux principales villes de l'Hexagone (Lyon, Marseille, Nantes, etc.). En attendant l'ouverture commerciale, nous avons d'ores et déjà pu effectuer une batterie de tests à Lyon sur le réseau 4G de Bouygues. La 4G tient-elle ses promesses ? À quoi faut-il s'attendre en matière d'abonnement ? L'augmentation des débits va-t-elle développer de nouveaux usages ? En attendant le lancement officiel, notre dossier vous permettra d'en savoir un peu plus sur le très haut débit mobile !

Qu'est-ce que la 4G ?

Le terme 4G désigne une nouvelle norme de réseau mobile qui succède à la 3G apparue il y a 8 ans en France (2004). La principale différence par rapport à la 3G réside dans une augmentation significative des débits montants et descendants. Les terminaux 4G sont classés en 5 catégories correspondantes à des débits maximums (voir tableau ci-dessous).



Dès le lancement commercial, les opérateurs proposeront des terminaux de catégorie 3, ce qui permettra d'obtenir un débit théorique maximal de 100 Mb/s en débit descendant (download), et 50 Mb/s de débit montant (upload).

En France, le terme 4G est réservé aux offres LTE (pour « Long Term Evolution »). Aux États-Unis ou en Asie, les opérateurs considèrent que les réseaux Wi-Max ou 3G+ dual carrier s'apparentant également à de la 4G.

À l'heure actuelle, en France, quelques rares smartphones, comme le Lumia 900, l'iPad de nouvelle génération ainsi que certaines clé 3G sont compatibles la 3G+ dual carrier (42 Mbps). De même, les formules d'abonnement permettant une telle connexion sont encore rares.

Différence entre 4G et LTE

Contrairement à ce que l'on pourrait penser, LTE n'est pas exactement synonyme de 4G. Les spécifications de la norme 4G publiées en juillet 2008 par l'UIT (Union Internationale des télécommunications) et le consortium 3GPP indiquent que la bande passante 4G doit pouvoir atteindre 1 Gbit par seconde.

Le LTE ne satisfait pas cette exigence dans la mesure où le débit théorique descendant maximum (antenne vers mobile) est de 300 Mb/s.

En d'autres termes, si l'on s'en tient scrupuleusement à la norme 4G (IMT advanced), le LTE s'apparente à une liaison mobile de troisième génération (3.9G), et non 4G.

Les choses se compliquent lorsqu'en décembre 2010, l'UIT donne son accord pour utiliser le nom commercial « 4G » pour le LTE en raison de l'augmentation significative du débit par rapport à la 3G+ (HSDPA) qui plafonnait à 14.4 Mbit/s (théoriques).

Depuis cette date, les liaisons LTE peuvent être désignées sous l'appellation 4G.

Quelles seront les villes concernées ?

Date d'ouverture du réseau commercial et villes concernées

Contactés par nos soins, les opérateurs donnent quelques précisions concernant la future couverture 4G. À l'heure actuelle, Orange a achevé la couverture de la ville de Marseille. D'ici la fin de l'année, ce sera également le cas des villes de Lyon et de Nantes. Sans préciser leurs noms, Orange indique que son réseau 4G sera disponible dans 12 autres villes à l'été 2013.

Chez SFR, le déploiement 4G est en cours sur Lyon et Montpelier. À l'instar des autres opérateurs, SFR prévoit une ouverture commerciale en 2013. D'ici là, l'opérateur assure que d'autres villes seront prêtes, sans toutefois donner de chiffre ni de noms de villes.

De son côté, Bouygues reste encore plus vague en indiquant simplement que début 2013, les clients pourront bénéficier d'un réseau commercial 4G, et que les principales agglomérations seront couvertes en 4G à la fin de l'année 2013.

Le blocage parisien

SFR et Orange citent officiellement des noms de villes, mais on remarque que la capitale reste aux abonnés absents. Pourquoi la ville de Paris ne fait-elle pas partie des premières zones couvertes ?

Tout le problème réside dans les difficultés de négociation de la « Charte de téléphonie mobile parisienne ». Cette dernière a pour objet d'encadrer les modalités relatives à l'intégration des antennes dans le paysage urbain, et de fixer des limites d'exposition aux ondes (réduction d'émission).

Si le renouvellement de ce contrat biannuel n'a jamais posé de difficultés majeures depuis sa création en mars 2003, l'affaire prend un tout autre tournant avec la 4G.

Alors que la précédente charte est arrivée à échéance début 2011, la ville de Paris et les 4 opérateurs (accompagnés de la Fédération Française des Télécoms) ne sont toujours pas parvenus à trouver un terrain d'entente près de 19 mois plus tard.

Les négociations ont même connu un coup d'arrêt en octobre 2011. D'après le site officiel de Paris, la ville a refusé de poursuivre les négociations face au refus d'abaisser les seuils d'exposition aux ondes.

Les deux parties devraient finalement déboucher sur un accord à court terme. De son côté, Paris ne peut envisager de faire l'impasse sur la 4G. Quant à eux, les opérateurs préfèreront éviter un conflit durable avec la ville de Paris, cette dernière pouvant user de son véto pour bloquer l'installation de quelque 186 antennes (bâtiments publics) couvrant la capitale.

Evolution de l'infrastructure 2G/3G vers 4G

Dans la pratique, quels sont les équipements qui doivent être renouvelés par l'opérateur lors du passage à la 4G ? SFR assure qu'il est impératif de renouveler l'intégralité du site de transmission (cartes électroniques et antennes) lors du passage à la 4G.

De son côté, Bouygues indique que la partie électronique des cartes 3G+ compatibles dual carrier 42 Mb/s (équipement multistandard Ericsson RBS 6000) peut être utilisée pour émettre un signal 4G de 100 Mb/s, puis 120, 240 et 360 Mb/s lorsque les terminaux le permettront.

Enfin, Orange mixe les solutions retenues par Bouygues et SFR. Dans certains cas, l'opérateur historique fait évoluer les sites 2G /3G existants en ajoutant des équipements radio et cartes électroniques 4G. À l'inverse, sur d'autres sites, Orange remplace les installations existantes par des équipements neufs (généralement mieux optimisés) pouvant fournir les trois systèmes radio (2G, 3G, LTE). Orange précise que la rénovation des réseaux 2G/3G en réseau 2G/3G multimode facilite le déploiement du LTE puisqu'un seul équipement pourra fournir les trois systèmes radio.

Quel que soit l'opérateur, les plus grands changements se situent surtout en amont de l'antenne. La 4G nécessite impérativement d'alimenter les sites de transmission en utilisant une liaison fibre. Cette nouvelle configuration oblige mécaniquement les opérateurs à faire évoluer leur cœur de réseau pour augmenter la capacité des liens. Cela sous-entend de devoir renouveler certains équipements intermédiaires (switch, routeurs, etc.).

4G et abonnements : à quoi faut-il s'attendre ?

Pour l'heure, Bouygues SFR ou Orange refusent de communiquer concernant les tarifs et autres formules d'abonnements 4G. Les détenteurs d'un forfait Web illimité pourront-ils profiter du très haut débit mobile en s'équipant « simplement » d'un terminal, d'une clé USB ou d'un point d'accès 4G ? Faudra-t-il disposer d'un abonnement spécifique ?

Huit ans plus tôt, les opérateurs n'avaient pas jugé utile de segmenter les offres GPRS/Edge et 3G. Ce choix découlait probablement du faible nombre d'utilisateurs de forfaits DATA. À l'heure de la démocratisation des forfaits Web illimités (Free Mobile, Sosh, B & You), Orange, Bouygues et SFR pourraient bien changer leur fusil d'épaule.

Pour se faire une première idée des tarifs qui risquent d'être pratiqués en France, jetons un œil en Allemagne ou en Suède. Ces deux pays européens sont les premiers à avoir ouvert commercialement leur réseau 4G.

En Allemagne, Vodafone propose deux formules 4G pour smartphone. Les tarifs débutent à 54 euros pour un débit maximum de 21.6 Mb/s limité à un volume de données de 1Go. Cependant, pour profiter pleinement du débit des premiers terminaux 4G, il faut opter pour une formule « SuperFlat LTE Allnet » facturée 95 euros par mois pour un débit de 50 Mb/s (6.2 Mo/s) limité à un volume de données de 2 Go.

Viennent ensuite les formules DATA accessibles depuis des clés 4G USB (ou point d'accès mobile) prévus pour être utilisés conjointement avec un ordinateur portable. Cette fois, le débit maximum (50 Mb/s) est facturé 45 euros par mois. Le tout est accompagné d'un volume de données de 10 Go.




Du côté de la Suède, l'opérateur Telia se limite encore aux formules DATA via clé 4G. Cette fois, le débit maximum proposé atteint les 80 Mb/s (10 Mo/s) pour un volume total de données de 40 Go. Cette formule est facturée 47.7 euros par mois.




Même s'il est difficile d'effectuer un parallèle avec les offres suédoises et allemandes, plusieurs tendances principales se dégagent de ces grilles tarifaires. Tout d'abord, comme on pouvait s'en douter, l'argument « 4G » est mis en avant par les opérateurs pour justifier une augmentation substantielle des prix (surtout sur smartphone). Vient ensuite le fait que les formules 4G sont toujours accompagnées d'un quota « d'usage raisonnable » plus important que les formules classiques.

Pour finir, on constate que chez Vodafone Allemagne, le choix de terminaux 4G demeure relativement limité. Paradoxalement, les fers de lance des différents constructeurs de mobiles ne sont pas toujours disponibles au catalogue. Exit aux Galaxy S3 ou LG Optimus 4X HD, Vodafone limite son catalogue de mobiles aux Samsung Galaxy S2, LG Optimus True HD, HTC One XL et HTC Velocity. Il faudra vraisemblablement attendre encore une année pour que ce standard se généralise massivement sur les terminaux mobiles haut de gamme.

Tests de débits en 4G : nos tests pratiques

Mise en situation

Avant d'entrer dans le vif du sujet, précisons que les mesures présentées ne sauraient être représentatives des performances finales de l'ensemble du réseau 4G, ce dernier n'étant ouvert commercialement qu'à partir du premier trimestre 2013. De plus, les tests listés sur cette page se limitent à la ville de Lyon (7ème et 3ème arrondissement).

Vient ensuite le matériel utilisé : toutes nos mesures proviennent d'un unique point d'accès 4G (ZTE MF91D). Doté d'une carte SIM, l'appareil réceptionne le signal 4G, et le redistribue via Wi-Fi 802.11n à un ou plusieurs clients (ordinateur portable, smartphone, tablette). Ce point d'accès n'est pas doté d'une prise RJ45, il est donc impératif de passer par une liaison Wi-fi 802.11n pour réceptionner le signal 4G.

Test de téléchargement

Le point d'accès ZTE MF91D est un appareil 4G de catégorie 3, ce qui signifie que le débit théorique en téléchargement peut atteindre 100 Mb/s (12,5 Mo/s) en téléchargement, et 50 Mb/s (6,25 Mo/s) en upload. Première constatation : le débit maximum réel observé en téléchargement est bien inférieur aux débits attendus. Dans le meilleur des cas, on atteint une moyenne de 29 Mb/s (3,6 Mo/s) lors d'un téléchargement en 4G, soit 3,4 fois moins que le débit attendu.

Certes, on sait que le débit réel est toujours inférieur au débit théorique. Malgré cela, on s'attendait à obtenir de meilleurs résultats. Lors d'une présentation officielle réalisée par Bouygues en juin dernier à Lyon, l'opérateur frôlait les 100 Mb/s réels avec une clé 4G Huawei (voir notre vidéo de démonstration).

Seconde constatation : il ne faut pas compter disposer d'un taux de transfert de 29 Mb/s en toutes situations. Parfois, le débit effectue un plongeon à 5,2 Mb/s (0,65 Mo/s), y compris lorsque le point d'accès est placé en extérieur. D'une manière générale, on observe souvent une courbe de débit en dents de scie.




Pour s'assurer qu'aucun bridage ne provenait de nos cartes réseau Wi-Fi 802.11n, nous avons effectué des transferts de fichiers en réseau local en passant par point d'accès Airport Extreme. Dans tous les cas, nous obtenons des débits supérieurs aux débits maximum 4G constatés. En réseau local, la moyenne des débits observés avec nos cartes Wi-Fi n de test (iMac 2012, MacBook Air 2012, carte Cisco WUSB 600n sur PC Windows) est de 61 Mb/s (7,6 Mo/s).

De plus, pour écarter l'hypothèse d'une éventuelle limitation de débit en 4G lors du téléchargement d'un fichier unique, nous avons systématiquement téléchargé 5 fichiers simultanément sur download.microsoft.com. De quoi s'assurer de saturer la connexion 4G. Notre valeur maximale de débit 4G a été obtenue lors de ce test (29 Mb/s).

Lorsqu'on télécharge ces mêmes fichiers sur une liaison fibre (via RJ45), on atteint un débit de 70 Mb/s (8,75 Mo/s), ce qui invalide la thèse d'un bridage du côté des serveurs de Microsoft.

Il ne reste plus qu'à savoir si la limitation (29 Mb/s et non 100 Mb/s) provient du réseau, ou du point d'accès ZTE MF91D utilisé dans ce test (contrainte d'intégration des antennes, etc.), et notamment de sa connexion Wi-Fi. Mais faute de connectique Ethernet sur ce point d'accès, nous n'avons pas pu éliminer cette dernière possibilité.

Enfin, impossible de conclure sans effectuer un parallèle avec le réseau 3G+. Le débit moyen observé en 3 G+ lorsqu'on effectue un partage de connexion via iPhone est inférieur au pire des débits constatés en 4G. Dans ces conditions 4G défavorables, on s'étonne du faible écart qui sépare les deux générations de réseau. Il s'agit toutefois d'un cas extrême : en général, le point d'accès 4G ZTE MF91D offre tout de même des débits 8 fois supérieurs aux débits constatés en 3G+.

Test d'upload

Les tests d'upload ont été réalisés sur un serveur FTP acceptant un débit entrant de 30 Mb/s (3,75 Mo/s) lorsqu'on effectue un transfert via RJ45 (réseau fibre). Cette fois, le meilleur débit réel observé est deux fois inférieur au débit théorique. En 4G, Speedtest.net indique une pointe maximale à 25 Mb/s (3.,1 Mo/s). Dans le meilleur des cas, on obtient une moyenne de 23 Mb/s (2,8 Mo/s). Que ce soit en intérieur ou en extérieur, il arrive que le débit chute à 8 Mb/s (1 Mo/s). Dans de bonnes conditions, la 4G permet de multiplier les débits par 8 par rapport à la 3G+.

Test d'upload avec un service « cloud »

Enfin, nous avons réalisé un second test d'upload qui se focalise sur un usage « cloud ». En l'état, avec un point d'accès ZTE MF91D, la 4G apporte-t-elle un réel plus pour les utilisateurs des services stockage en ligne tels que SkyDrive ou Dropbox ? La réponse est loin d'être aussi évidente qu'on aurait pu le penser. Que ce soit via fibre ou 4G, le débit d'upload maximum constaté sur Dropbox ou Skydrive oscille entre 2 et 3 Mb/s, soit une moyenne de 2,5 Mb/s. Le débit moyen observé en 3G+ est supérieur (2,75 Mb/s), il ne faudra donc pas compter booster les upload vers Dropbox ou Skydrive en passant sur la 4G, les débits acceptés par ces services étant le facteur limitant.

Conclusion des tests pratiques

En l'état actuel du réseau Bouygues, depuis un point d'accès ZTE MF91D, la 4G permet de multiplier les débits montants et descendants par 8 par rapport à une liaison 3G+ obtenue à l'aide d'un partage de connexion sur iPhone. L'écart est conséquent, même s'il faut rappeler que la configuration 3G que nous avons utilisée ne permet pas d'atteindre les débits maximum offerts par cette technologie (42 Mb/s théoriques avec un terminal 3G+ dual carrier).

Seconde constatation : les débits observés ne sont pas stables. Dans la majorité des cas, on observe des courbes de transferts en « dents de scie ». De plus, sans que l'on sache vraiment pourquoi, il arrive que l'on passe de 29 à 5 Mb/s en téléchargement lors de tests successifs situés sur le même emplacement géographique. Il faudra attendre l'ouverture commerciale du réseau ainsi que la disponibilité d'autres appareils de test pour voir si l'on constate les mêmes phénomènes.

Quant à lui, le temps de réponse (ping) se voit nettement amélioré lors du passage à la 4G. Désormais, on retombe sur des valeurs peu ou prou identiques à une bonne liaison ADSL.


Finalement, la vraie bonne surprise se situe surtout au niveau des débits montants maximums constatés. Dans ce cas, la 4G dépasse allègrement les meilleurs débits pouvant être atteints à l'aide d'une liaison 3G+ dual carrier (23 Mb/s en 4G, contre 4 Mb/s en 3G+ dual carrier).

La 4G en pratique : vers de nouveaux usages mobiles ?

La 4G va-t-elle bouleverser les habitudes des mobinautes ? Pour l'heure, il est difficile de le savoir. Lors du lancement de la 3G, les opérateurs avaient tout misé sur la visiophonie pour promouvoir leur réseau. 8 ans plus tard, on constate que cette pratique n'a toujours pas décollé. Cette anecdote nous rappelle que les nouveaux usages (si tant est qu'ils émergent) seront avant tout définis par les utilisateurs, et non par les opérateurs.

Pour rebondir sur le sujet, à terme, l'augmentation substantielle des débits offerte par la 4G permettra de s'adonner à des conversations visiophoniques HD. Est-il possible d'en profiter dès aujourd'hui ? Pour le savoir, nous avons effectué des tests d'appels visio Skype via fibre (RJ45), puis via 4G. Dans le premier cas, la HD s'active automatiquement après une brève période (gestion dynamique du flux). En revanche, aussi étrange que cela puisse paraitre, la HD est souvent indisponible lorsqu'on passe par la liaison 4G provenant du point d'accès ZTE. Pourtant, le débit d'upload 4G laissait augurer de meilleurs résultats. Quoi qu'il en soit, il n'est pas certain que l'argument « HD » soit suffisant pour donner un regain d'intérêt pour la visioconférence.







En matière de streaming, l'augmentation des débits offre deux autres avantages non négligeables. Tout d'abord, on peut désormais envisager la lecture de vidéos en HD (sur YouTube, par exemple) en toute sérénité. Si le bénéfice est appréciable, les accrocs de télé mobile attendront surtout l'arrivée d'applications permettant de profiter de la télé HD sur son ordinateur ou pourquoi pas, sur smartphone et tablette.

Le second avantage provient des débits améliorés en upload : la publication de contenu sur une plateforme comme YouTube ou l'envoi de données sur un stockage en ligne deviennent potentiellement plus rapides. Si tant est que ce genre de services en ligne se mettent à la page. Nous avons vu, avec nos exemples Dropbox et Skydrive que ce n'est pas forcément le cas. Ces expériences nous rappellent qu'il faudra attendre que l'écosystème murisse pour pouvoir profiter pleinement du très haut débit mobile.

Pour finir, si la possibilité de « streamer » une image HD (upload) n'est pas forcément capitale pour les particuliers, elle pourrait bien s'avérer stratégique dans le cadre d'une utilisation professionnelle. Par exemple, le constructeur « LiveU » propose d'ores et déjà un dispositif de télétransmission TV en direct basé sur la 4G (voir photo ci-dessous).



Enfin, à terme, la 4G pourrait constituer un atout pour les joueurs en herbe. Tout d'abord, le temps de réponse (ping) de l'ordre de 50 ms est similaire à ce que l'on peut trouver avec une liaison ADSL. Lorsqu'il est combiné à un débit descendant important, ce même ping ouvre les portes des plates-formes de « cloud gaming » tel que Onlive ou Gaikai (racheté récemment par Sony). Rappelons qu'avec ces services, les jeux (PC) sont exécutés sur des fermes de serveur qui renvoient le flux audio/vidéo du jeu en temps réel. Seul problème, pour l'heure, Onlive et Gaikai ne sont pas disponibles sur l'Hexagone.


Avant d'entrer dans le vif du sujet, précisions qu'il faudra attendre le lancement commercial officiel avant de pouvoir émettre un avis définitif sur la qualité de service ainsi que sur les futurs positionnements tarifaires.

Malgré cela, ce premier contact avec la 4G apporte tout de même des réponses, et soulève quelques interrogations. En premier lieu, on s'étonne de plafonner à 29 Mb/s de moyenne en téléchargements 4G sur le réseau Bouygues alors que ce même opérateur parvenait presque à attendre les 100 Mb/s lors d'une présentation presse réalisée en juin dernier à Lyon. En l'état, il est difficile de savoir si nous sommes limités par le réseau, ou par l'unique point d'accès de test dont nous disposons (ZTE MF91D). En téléchargement, la performance actuelle se situe peu ou prou au niveau d'une bonne liaison 3G+ dual carrier pouvant atteindre les 27 Mb/s de débit réel (42 Mb/s de débit théorique). Dans ces conditions, il est difficile de se prononcer concernant les débits descendants maximums offerts par la 4G.

Cette fois encore, la vérité est ailleurs... Alors qu'on pense systématiquement à une augmentation des débits en téléchargement lorsqu'on évoque la 4G, ce sont en surtout les débits d'upload qui effectuent un véritable bond en avant. Avec notre matériel de test, la 4G pulvérise littéralement le score maximal d'upload pouvant être atteint avec les meilleures liaisons 3G+ dual carrier. On passe de 4 Mb/s (5,8 Mb/s en théorie) en 3G+ dual carrier à 23 Mb/s en 4G, soit un débit pratique presque 6 fois plus important. Cette technologie s'avère donc idéale pour les usages gourmands en bande passante montante. Dans le domaine du multimédia, la 4G devrait permettre d'uploader rapidement une vidéo sur YouTube (par exemple), ou d'envoyer un flux vidéo en streaming HD en situation d'itinérance (retransmissions TV HD live, visio HD).

Cette nouvelle configuration donne aussi des ailes aux transferts de fichiers (FTP, pièces jointes d'email lourdes, etc.). On pense également aux services de stockage « Cloud » tels que Drobpox ou Skydrive, ce qui nous amène évoquer la problématique de l'écosystème. Pour l'heure, les capacités d'upload maximales proposées par ces services (via fibre) s'avèrent bien inférieures aux débits montants offerts par la 4G. Les résultats sont tout autant mitigés avec Skype qui ne parvient pas toujours à établir une conversation visio HD via 4G. De plus, certains opérateurs évoquent les perspectives de « Cloud gaming » tels que OneLive ou Gaikai pour mettre en avant le très haut débit mobile. Seul problème, aujourd'hui, aucun d'eux n'est disponible sur l'Hexagone. Ces constatations rappellent qu'il faudra attendre que l'écosystème s'adapte à cette montée en débit pour pouvoir profiter pleinement de la 4G.

Enfin, les questions de couverture et d'offre tarifaire restent en suspens. En attendant une communication officielle sur ces sujets, on parle de couverture des villes de Lyon, Marseille, Montpellier et Nantes. Paris reste aux abonnés absents, mais la situation ne devrait pas tarder à se débloquer. Même lorsque la capitale sera équipée en 4G, la couverture du réseau mobile de quatrième génération demeurera limitée aux grandes agglomérations. Pour que cette situation change, il faudra encore attendre 5 dans le meilleur des cas. En effet, l'Arcep oblige les opérateurs à couvrir 40% des « zones de déploiement prioritaires » (ZDP) en 2017. L'appellation ZDP désigne des territoires peu denses regroupant quelque 3 000 communes françaises. En d'autres termes, même à cette date, on se situera encore bien loin de la couverture 3G actuelle.

Du côté des tarifs cette fois, les trois opérateurs restent muets. En tout état de cause, il est peu probable que les détenteurs de forfaits Web illimités « classiques » équipés d'un terminal compatible puissent bénéficier de la 4G. Orange, Bouygues et SFR pourraient bien profiter de ce nouveau tremplin pour revoir le tarif des abonnements à la hausse.

Quoi qu'il en soit, cette nouvelle technologie demeure prometteuse. Reste à en savoir un peu plus sur les problématiques d'autonomie et/ou de nombre de terminaux 4G à venir. On peut aussi se demander si les débits resteront au rendez-vous lorsque le réseau comptera de nombreux utilisateurs. Ces questions trouveront un début de réponse après ouverture du réseau 4G prévue pour le premier trimestre 2013.