À la découverte de Carte-FH : la référence des faisceaux hertziens, en manque d’open data

Les faisceaux hertziens sont largement utilisés par les opérateurs de téléphonie mobile et d'autres acteurs, mais aucune carte officielle ne permet de les visualiser. Il existe néanmoins une solution communautaire qui est une mine d'informations : Carte-FH. Nous avons pu en discuter avec son concepteur, Buchanan. 

Le site Carte-FH s’est lancé fin 2014, deux ans après l’arrivée de Free dans le petit monde de la téléphonie mobile. L’idée était alors de suivre le déploiement des opérateurs sur une partie assez peu connue du grand public : les faisceaux hertziens. Il propose rapidement la liste de ceux de Bouygues Telecom, Free Mobile, Orange et SFR. D’autres sont ajoutés par la suite, nous explique Buchanan. Aujourd'hui ils sont plusieurs dizaines.

Durant les premiers mois, le site s'enrichi rapidement en fonctionnalités puis plus doucement au fil des années. En sept ans, le design n’a pas changé en profondeur et mériterait un coup de jeune, ne serait-ce que pour s'adapter aux écrans des smartphones reconnait son créateur. Si vous souhaitez plonger dans l’historique des changements, ce sujet du forum Lafibre.info fait office de changelog et de bugtracker.

• Accéder à Carte-FH

Un algorithme qui joue au Memory

Carte-FH utilise des données ouvertes et Cartoradio (un site de l’ANFR) pour établir la liste des faisceaux hertziens. Car elle n’est pas fournie prête à l'emploi, ce serait bien trop simple. On ne peut récupérer que la position des antennes, avec la direction et la fréquence d’émission du signal. Un algorithme se charge d’associer les paires d'antennes pour reconstituer les faisceaux, sorte de partie de Memory avec des dizaines de milliers de points.

Buchanan nous explique n’avoir eu aucune aide ni plainte de la part des opérateurs, même si quelques grincements de dents ont parfois pu remonter de manière officieuse et détournée. Dans tous les cas, le site n’a jamais eu la moindre demande de retrait. Le contraire aurait en même temps été très étonnant puisque le site ne fait qu'utiliser des données officielles et librement disponibles.

Il s'agit d'ailleurs une précieuse mine d’information pour ceux qui s’intéressent un tant soit peu au déploiement des réseaux de téléphonie mobile. On peut par exemple regarder ce qui se passe à Paris et dans sa banlieue (au sens large du terme) afin de constater les grosses différences d'approche entre les opérateurs.

À Paris, il y a Bouygues Telecom… et les trois autres

Sur la carte ci-dessous, on remarque que Bouygues Telecom dispose de pas moins de 2 063 supports (pour 2 237 liens affichés), soit quasiment deux fois plus que… l'ensemble des supports des trois autres opérateurs nationaux.

Free Mobile est en effet à seulement 482 supports (334 liens), contre 124 supports seulement pour Orange (100 liens) et 562 supports pour SFR (668 liens). L'écart est encore plus élevé si on se concentre sur Paris intramuros : 504 supports en tout pour Bouygues Telecom, contre 21 pour Free Mobile, 8 pour Orange et 47 pour SFR.

Dans le cas de Bouygues Telecom, une large majorité des antennes sont sur des fréquences élevées, et permettent donc d’avoir des débits plus importants, remplaçant d’une certaine manière la fibre... que l’opérateur ne déploie pas aussi rapidement que ces concurrents. On peut aussi voir la disposition en étoile du réseau de faisceaux hertziens de l’opérateur : les supports au centre disposent très probablement d’une connexion fibrée qu’ils partagent ensuite avec d’autres sites aux alentours pour diffuser le signal via des antennes de téléphonie mobile. 

L’accord Crozon entre Bouygues Telecom et SFR en images

Carte-FH permet également de constater visuellement les effets de l’accord Crozon signé en 2014 entre Bouygues Telecom et SFR. Il s’agit pour rappel de se partager une partie du territoire entre les deux opérateurs : « 57% de la population (soit l’ensemble du territoire en dehors des 32 plus grosses agglomérations de plus de 200 000 habitants et des zones blanches) » ; il avait été accueilli « favorablement » par l’Arcep.

Une page de Carte-FH est même dédiée à son déploiement, avec une distinction suivant les parties du territoire en fonction du « leader » : Bouygues Telecom ou SFR. Vous avez la possibilité de « remonter dans le temps » (via le petit menu sur la droite) pour suivre l’évolution du partage des zones sur les dernières années. 

Deux stratégies : Orange et SFR VS Bouygues et Free

De manière générale, Carte-FH met en avant une forte disparité entre les quatre opérateurs, avec Orange d’un côté et les trois autres de l’autres. Voici quelques chiffres pour résumer la situation :

• Orange : 7 586 supports (6 324 liens) en aout 2021, 6 019 supports (5931 liens) début 2015
• Bouygues Telecom : 16 194 supports (18 710 liens) en aout 2021, 14 222 supports (14 746 liens) début 2015
• Free Mobile : 14 057 supports (12 137 liens) en aout 2021, 805 supports (506 liens) début 2015
• SFR : 10 369 supports (12 546 liens) en aout 2021, 14 802 supports et (16 666 liens) début 2015

L'opérateur historique s’appuie sur la forte capillarité de son réseau fixe, ce qui lui permet de limiter l’usage des faisceaux hertziens, contrairement à Bouygues Telecom qui en a plus de deux fois plus actuellement. C’était aussi le cas de SFR en 2015, mais il a grandement diminué son nombre de FH depuis, très probablement en fibrant un nombre croissant de sites (lorsque c'est possible) au fur et à mesure du déploiement de son parc FTTH. 

Le cas de Free est différent. Lors de son arrivée sur le marché de la téléphonie mobile, il pouvait utiliser les fourreaux d’Orange pour installer de la fibre optique, contrairement à ses deux concurrents à leurs débuts. 

Carte-FH permet aussi de se rendre compte que Free et Bouygues Telecom utilisent très probablement les FH pour se monter un backbone via les ondes, dans l’idée d’une boucle locale radio. En effet, on constate qu'ils utilisent massivement des fréquences sur les 70/80 GHz dans lesquelles il y a beaucoup de bande passante disponible : Free a près de 4 000 supports et 2 356 liens, contre 2 748 et 1 953 pour le second.

On change complètement d’échelle avec Orange et SFR, qui sont respectivement à 310 supports et 177 liens dans les 70/80 GHz… et encore ces chiffres sont une addition de ceux des deux opérateurs.

On remarque que dans leur cas, les faisceaux hertziens sur les hautes fréquences sont principalement présents dans les zones de montagnes où tirer de la fibre optique couterait bien plus cher. Deux ans en arrière, il n’y avait pas de faisceaux dans les 70/80 GHz dans ces zones, la forte croissance de la demande chaque année en bande-passante est probablement la cause de ce changement. 

Free Mobile, le WiMax et les faisceaux hertziens

La fonction de « voyage temporel » de Carte-FH est utile à plus d'un titre. Elle permet aussi de retracer l’évolution de Free Mobile sur les six dernières années. Voici le nombre de supports répertoriés par le site :

• 805 supports en janvier 2015
• 2796 supports en janvier 2016
• 4440 supports en janvier 2017
• 6479 supports en janvier 2018
• 9167 supports en janvier 2019
• 11359 supports en janvier 2020
• 13043 supports en janvier 2021

Le déploiement du réseau de l’opérateur s’est appuyé sur les faisceaux hertziens afin de relier certaines antennes de téléphonie mobile, avec une hausse du nombre de supports de près de 2 000 en moyenne chaque année.

Carte-FH permet aussi de trier les supports par fréquences, permettant ainsi d’en apprendre davantage sur le fonctionnement de Free Mobile. Sur les 805 supports de janvier 2015, 701 sont sur la bande identifiée « 4 GHz » (en réalité il s’agit des fréquences entre 3 et 4 GHz, notamment 3,5 GHz), 12 sont à 18 GHz et enfin 111 à 70/80 GHz. Pour rappel, plus les fréquences sont basses plus elles portent loin, mais moins la bande passante est élevée. 

La forte utilisation des « 4 GHz » n’est pas forcément une surprise puisque Free Mobile disposait alors d’une licence WiMax nationale sur les 3,5 GHz. Il l’a probablement utilisée afin de mettre en place une « Boucle Local Radio » et ainsi déployer plus facilement des antennes 3G/4G sur l’ensemble du territoire… mais avec un débit moins important que si elles étaient connectées à de la fibre optique.

Cette technique permet néanmoins de couvrir plus rapidement le territoire et ainsi d’afficher des taux importants… ce qui n’est évidemment pas sans rappeler ce qui se passe actuellement sur la 5G. L’opérateur réutilise largement les 700 MHz permettant d’afficher un fort taux de couverture avec cette nouvelle technologie, mais avec des débits inférieurs à ce qu’il est possible d’atteindre dans les 3,5 GHz.

• Déploiement de la 5G en France : les stratégies des opérateurs et leurs implications

Les ellipsoïdes de Fresnel (personnalisables) dans Carte FH

Après ces détours sur les enseignements apportés par Carte-FH, revenons au site et à ses nombreuses fonctionnalités. Buchanan nous explique que, mi-2016, une nouveauté des plus intéressante était ajoutée : « un profil du terrain le long des liaisons FH », avec des données récupérées via l'API de l'IGN.

Elles ne comprennent par contre pas la hauteur des bâtiments, du coup « en zone urbaine ce profil n'a pas forcément beaucoup de sens », reconnait Buchanan. Rapidement, la hauteur des antennes ainsi que la courbure de la Terre sont ajoutées afin de rendre les schémas les plus réalistes possible.

Il est aussi possible d’obtenir le fameux ellipsoïde de Fresnel dont nous parlions dans la première partie de notre dossier. Mieux encore, vous pouvez également en créer une maison en sélectionnant deux points sur la carte, en précisant les hauteurs des antennes et une fréquence.

Pour cela, il faut cliquer sur le rectangle en bas à droite, puis sur « créer une nouvelle mesure ». Changez un des paramètres pour voir immédiatement la courbe se mettre à jour. On remarque ainsi que plus la fréquence est élevée, plus le volume de l’ellipsoïde est faible.

Le bon exemple des données du Royaume-Uni

Fin 2016, une autre nouveauté intéressante est ajoutée : des données sur les faisceaux hertziens provenant du Royaume-Uni (toujours en version bêta aujourd'hui).

Buchanan nous précise que les données n’ont pas été mises à jour depuis un moment mais que, contrairement à la France, les informations récupérées correspondent directement aux faisceaux hertziens et pas uniquement aux stations : il n’est donc pas nécessaire d’utiliser des algorithmes pour recréer les associations.

On aimerait qu’il en soit de même sur l’Hexagone, ce qui permettrait d’éviter les erreurs d’association qui peuvent évidemment se produire, ou d’avoir des antennes « orphelines » faute de lui trouver un partenaire.

À ce sujet, il arrive que certains faisceaux soient incomplets car seule une antenne émet. L’autre ne faisant que recevoir le signal, elle n’est donc pas forcément déclarée dans les données de l’ANFR. Cela peut être le cas avec des flux de télévision qui n’ont besoin de transiter que dans un sens : du FAI vers l’utilisateur, sans retour.

De Londres à Zurich : une ligne droite grâce aux FH

Les données du Royaume-Uni permettent de mettre en image un point dont nous avons parlé précédemment : les faisceaux hertziens sont utilisés dans le cadre de la Bourse. Pour rappel, leur latence est inférieure à celle de la fibre optique, ce qui leur confère un avantage indéniable pour le trading haute fréquence par exemple.

Dans la banlieue de Londres, on peut en effet voir une zone très chargée allant de Cippenham/Slough à Douvres en passant par Londres et Basildon… si ce dernier nom ne vous dit rien, il s’agit pour rappel de l’endroit où se trouvent les serveurs... d'Euronext Paris. Du côté de Cippienham/Slough, les faisceaux pointent sur des datacenters d’Equinix, tandis que Douvres est au bord de la Manche… donc proche de la France et de la Belgique.

D’ailleurs si on passe sur les données de la France et que l’on regarde uniquement les faisceaux des « opérateurs étrangers » sur Carte-FH, on voit une belle ligne droite (ou presque) entre Boulogne et Nancy, qui se dirige ensuite vers la frontière. Si on prolonge de manière imaginaire un peu le trait, on arrive à une autre place importante de la bourse européenne : Zurich. Niveau latence, la fibre ne peut pas rivaliser avec un tel trajet de faisceaux hertziens.

Cette ligne droite est composée de plusieurs segments dont certains de plus de 60 km. Un spécialiste des réseaux nous précise que ces antennes intermédiaires jouent le rôle de « relais » et que cela n’a quasiment pas d’influence sur la latence, en tout cas pas suffisamment pour diminuer l'intérêt des faisceaux hertziens par rapport à la fibre.

Même pour le trading haute fréquence, installer plusieurs relais n’est pas un souci du moment que le parcours est le plus possible en ligne droite. Dans l'ensemble, il faut généralement mieux installer des relais pour tirer le plus droit possible plutôt que faire des détours. Et c'est plus simple que de creuser sous la Manche.

Site recherche données plus précises

Carte-FH est en place depuis maintenant près de sept ans et continue de remplir sa mission, seul. On ne peut que regretter que l’ANFR ne donne pas de jeux de données avec les couples formant les faisceaux, obligeant un algorithme à jouer aux devinettes avec le risque d’erreur inhérent à ce genre de système.

« Concernant nos jeux de données en open data, ils sont issus de la base relative aux sites radioélectriques que nous autorisons. Cette base décrit la constitution individuelle de chaque site mais ne connait pas les éventuelles relations entre les sites », nous répond l'ANFR.

Nous nous tournons alors vers l'Arcep afin de savoir si des jeux de données plus complets sont disponibles. La réponse est malheureusement négative ; « nous ne publions pas ces informations et il n’est pas prévu de les rendre publiques ». Le régulateur renvoi vers l'ANFR et son outil Cartoradio qui « identifie sur une carte les stations radioélectriques, dont celles recevant un ou plusieurs FHs ». « Les autres sites disponibles en ligne sont tous nourris par "cartoradio" », ajoute l'Arcep. Bref, la liste des faisceaux hertziens ne sera pas disponible publiquement.

Pour Buchanan, un point d’amélioration du site serait d'indiquer la hauteur des immeubles. Ces informations pourraient être retranscrites dans les ellipsoïdes de Fresnel afin d’améliorer leur précision. Elles permettraient aussi d’aiguiser la détection de l’algorithme : si un immeuble se trouve en plein milieu de deux antennes à une hauteur suffisante pour bloquer les communications, c’est évident qu’elles ne communiquent pas entre elles.

L’Institut national de l'information géographique et forestière afin d’avoir des précisions nous explique que, « depuis le 1er janvier 2021, les données publiques de l’IGN sont libres et accessibles gratuitement en Licence ouverte Etalab 2.0. Dans le contexte du plan national de relance, cette ouverture doit faciliter l’usage des données géographiques et favoriser l’innovation au service du plus grand nombre ».

La base de données topologique est disponible en téléchargement libre sur le site de l’IGN, mais aussi sous forme de flux sur son « service web experts topographie ». Pour rappel, Sébastien Soriano est le nouveau directeur général de l’IGN depuis début janvier, alors qu’il était auparavant président de l’Arcep. Lors de sa prise de fonction, il avait vanté l’ouverture des données.

Lors de la création du site et pendant plusieurs années, Buchanan n'avait pas accès aux données topographiques. Maintenant qu'elles sont disponibles, il nous confirme que la matière première semble présente : « l'occupation du sol par des bâtiments/constructions, et leur hauteur, mais sous forme de données brutes ». Encore faut-il pouvoir en tirer parti facilement : « il faudrait en fait créer de toute pièce un service [...] en partant des données brutes de la BD TOPO. J'ai l'impression que c'est un projet en soi, rien que par le volume de données à brasser ».

Quoi qu’il en soit, Carte-FH est un parfait exemple de ce qu’il est possible de réaliser avec des données en open data et des API librement accessibles. Mais comme souvent avec ce genre de projet, il manque parfois de soutien, notamment de la part des principaux acteurs et de la puissance publique. il pourrait ainsi facilement devenir bien plus précis avec des données plus complètes sur les faisceaux hertziens (comme c’est le cas au Royaume-Uni) au lieu de devoir jouer aux devinettes. Espérons que cela finira par changer.