Na verdade, o cartel tende a acabar em livre concorrência. Imagine que você é o acionista da empresa que está perdendo mercado, por praticar o mesmo preço que a concorrente mais competente ou mais conhecida? Você não vai mais querer manter um esquema onde você perde cada vez mais. E, para romper com isso, vai vai querer diminuir seus lucros ou até mesmo quebrar o piso combinado. Nenhum acionista vai querer ver sua empresa sendo fagocitada por uma outra para manter um acordo desses.
Agora, se você bota um Estado no meio, garantindo que sua área de cobertura é no máximo X e do seu "não-concorrente" é no máximo Y, não existe isso. Aí as empresas sugarão o máximo que puderem do consumidor.
Não sejamos ingênuos. A não ser que você tenha uma evolução ou inovação tecnológica como trunfo para oferecer um serviço melhor, é difícil uma empresa pequena concorrer com uma de grande estrutura. Para concorrer de igual para igual com a Google ou você tem um mecanismo de busca MUITO superior ou você tem grana para ter a mesma infraestrutura deles. Isso aí é pra qualquer coisa, não tem ligação com mercado ser livre ou não. A diferença é que: se eu inventar uma nova tecnologia de telefonia, eu não poderia abrir uma empresa e concorrer com a TIM, por melhor que minha tecnologia fosse. Meu futuro é ser comprado a preço de banana por uma das grandes. Ou investir em um país mais livre).
Já pra mim, utopia é achar que o melhor funcionamento e regulação está em um sistema estatal. Pense: qual é o critério para o governo regular uma área? Imagine se o governo resolve regular todas as papelarias, para "proteger o consumidor" e "garantir a qualidade do papel". Se isso é real, o que impede você de apoiar isso? Um mundo onde o mercado fosse todo controlado seria muito melhor, na teoria. Na prática, países mais regulados são sempre menos desenvolvidos economicamente.
Papelarias funcionam muito bem sem ser (totalmente) reguladas. E funcionariam muito melhor sem pagar dezenas de impostos, mais pessoas poderiam abrir mais papelarias e você teria mais opções de escolha (ou teria melhores opções, já que as papelarias ruins morrem).
Como eu disse, os jeitinhos que são dados pelas empresas são motivados totalmente pela falta de consequência financeiras para as mesmas. O mercado é muito mais cruel que a Anatel, um consumidor esclarecido é muito mais severo que um órgão burocrático e político. Pense se a TIM resolvesse bancar sozinha a limitação de franquia de dados. Ela se tornaria irrelevante no mês seguinte.
Uma coisa que é importante é entender que: mercado não é mão-invisível. Mercado = consumidor. É a individualidade das escolhas de cada um que se tornam uma força coletiva e uma massa crítica mais poderosa que qualquer Estado.

