Perché il GPS su iPhone usa tanta energia?

Per ottenere una posizione GPS semi precisa, hai bisogno di almeno tre satelliti (ma solitamente sono necessari quattro o più per ottenere un grado decente di precisione) per triangolare la tua posizione. Più hai, migliore è l'accuratezza.

Un ricevitore GPS deve alimentare la sua antenna e elaborare costantemente il segnale inviato da ciascun satellite. Ricorda che i satelliti trasmettono continuamente messaggi. (50 bit / sec per quanto posso ricordare)

I satelliti emettono messaggi che specificano la loro posizione esatta, la traiettoria, la velocità, il tempo di invio di ciascun messaggio e la posizione approssimativa di tutti gli altri satelliti nella costellazione.

Confrontando queste informazioni con l'ora in cui il segnale è stato ricevuto, è possibile determinare una distanza dal satellite al ricevitore. Quando hai tre o più satelliti puoi triangolare la tua posizione in tre dimensioni rispetto alle posizioni dei satelliti.

L'iPhone (e altri telefoni) usa l'A-GPS, progettato per (crederci o no) tra le altre cose, fa funzionare meglio il GPS in zone di scarsa ricezione (città?) e riduce la quantità di informazioni che il il ricevitore ha bisogno dei satelliti, risparmiando così la carica della batteria dall'antenna.

Le parti del segnale GPS su posizione, velocità e traiettoria orbitale di solito escono prima quando in bassa ricezione, è lì che si inserisce l'A-GPS, alimentando le informazioni per ogni satellite in quella parte del mondo al telefono, da un database centrale tramite la rete mobile. Ora il telefono deve solo cercare i segnali di temporizzazione brevi da ciascun satellite, che sono più facili da ricevere rispetto alle altre parti della trasmissione.

Quando tutte queste informazioni vengono calcolate, un algoritmo (ce ne sono alcuni per quanto ne so) viene utilizzato per calcolare la posizione del ricevitore effettivo.

Aggiungete ora che i messaggi GPS sono codificati e che i satelliti trasmettono i messaggi a circa 50 bit al secondo. E che ogni messaggio è in realtà un sottoinsieme di frame con tempo, posizione, correzione errori, ecc. Ecc.

Ci sono più fattori coinvolti, ma allo scopo di renderlo semplice, la CPU del GPS deve usare costantemente la radio (già affamata di potere) per catturare il segnale (che può essere debole!) di solito quattro o più (a volte su a 20!) satelliti che inviano continuamente pacchetti, quindi devono decodificarli ed elaborarli, eseguire calcoli per analizzare i risultati e in alcuni casi disegnare una mappa o alimentare un'applicazione con le informazioni.

Come puoi vedere, sembra facile ma non lo è. C'è un sacco di elaborazione della CPU coinvolta nella parte posteriore (più l'alimentazione dell'antenna!)

Quindi il consumo energetico del GPS di solito deriva dalla natura in tempo reale dell'operazione. L'alimentazione dell'antenna, l'ascolto di informazioni e l'elaborazione, utilizza l'energia, più che un'antenna radio di standby (il telefono) in attesa di una chiamata. Inoltre, l'A-GPS utilizza anche la radio del telefono e (se disponibile) le reti Wi-Fi per determinare la sua posizione (e utilizzare meno informazioni GPS), il che significa che viene utilizzata più energia allo stesso tempo.

La pagina GPS di Wikipedia contiene molte informazioni dettagliate se vuoi ottenere le specifiche e / o immergerti in più GPS geekery, comprese le cose matematiche e di correzione degli errori.

Sebbene la risposta di Martin abbia un'infinità di informazioni, aggiungerò una risposta che si differenzia per diversi punti chiave in quanto non mi sento a mio agio nel modificare il suo articolo per modificarlo sostanzialmente.

In breve, la CPU prende il potere e il GPS impedisce alla CPU di dormire. Inoltre, con gli aggiornamenti della posizione in background, le app possono ora entrare in uno stato di basso consumo anche mentre la geo schermatura e la registrazione remota sono abilitato in modo che l'app possa attivarsi periodicamente per ottenere correzioni più accurate senza tenere attivi i circuiti CPU + GPS per ore e ore. Attivando una correzione GPS ad alta precisione una volta ogni 15-45 minuti, mentre le escursioni sono molto più efficienti dal punto di vista energetico rispetto al bisogno di aggiornamenti di posizione costanti, che è ciò che le modifiche del sistema operativo consentono ora.

Sì, il circuito dell'antenna GPS richiede un po 'di energia aggiuntiva per eseguire i calcoli di temporizzazione e sputa fuori una posizione, ma poiché l'antenna è solo in ricezione e nessun segnale deve essere amplificato, questo scarico di potenza è più di un errore di arrotondamento che causa di alto consumo energetico. L'elaborazione del segnale e la matematica complicata per sputare la posizione, i probabili errori e i vettori di velocità sono fatti nel chip di silicio GPS e non nella CPU del telefono.

Tutte le unità GPS portatili devono ricevere ed elaborare i segnali dell'antenna GPS, in modo che l'utilizzo di energia sia simile a tutti i dispositivi che utilizzano moderni chipset GPS. Anche l'energia di due batterie AA è 4,2 WHr che si confronta molto bene con le capacità della batteria di iPhone 3 e 4. Pertanto, la grande differenza nei tempi di esecuzione tra un Garmin e un iPhone è l'app che utilizza i dati e gestisce una CPU e uno schermo iPhone molto più potenti.

Avere un'app in primo piano che elabora costantemente i dati GPS (o in sottofondo ma che dorme molto meno del normale) è ciò che fa sì che l'iPhone utilizzi l'energia della batteria molto più velocemente di un'unità GPS monouso. (il cui schermo e CPU consumano molto meno e dormono molto più del tempo che fa l'iPhone)

Un'app per iPhone mal progettata che controlla e invia / riceve dati in modo costante per segnalare una posizione o reagire ai nuovi dati più recenti utilizzerà più energia di quanto si possa pensare. Un'app ben progettata che deve essere sempre in esecuzione consumerà la batteria della maggior parte degli iPhone in 3-5 ore.

Se iPhone sta trasmettendo dati o sta cercando segnali di celle deboli, i circuiti saranno al livello di consumo più elevato. L'esclusione dalla copertura cellulare è un "doppio smacco" del modem cellulare che trasmette ad alta potenza per parlare con una torre distante o cercare la copertura nello stesso momento in cui i dati di posizione GPS impediscono alla CPU di dormire più spesso. Puoi visualizzarlo accedendo all'app delle impostazioni e a confrontando i tempi di standby e di utilizzo con e senza GPS attivo.

I chip GPS disegnano circa 50 mW a piena potenza (vedi anche qui , i moderni chip mobili disegnano even less ). L'antenna non assorbe potenza, non è così che funzionano le antenne (suppongo che l'amplificazione del segnale e il filtraggio siano gestiti all'interno del chip GPS. In caso contrario, ciò aggiungerebbe leggermente al power draw). Quindi in 1 ora, il chip assorbe 50mWh dalla batteria se a piena potenza. La batteria dell'iPhone ha una capacità di ~ 5000 mWh (~ 1400mAh * 3,8 V), il che significa che potrebbe alimentare il chip per 100 ore, se fosse l'unica cosa che ha fatto. In realtà, il chip non funzionerà ininterrottamente a piena potenza e si spegnerà anche se il GPS è abilitato, a meno che un'app non stia attivamente richiedendo il tracciamento GPS - nel qual caso un assorbimento di potenza molto più elevato è causato dalla CPU e dallo schermo ( 0.5-1.5W ).

Alcune misurazioni della vita reale, prese con il tracciamento GPS attivo, la mappa offline utilizzata (app Galileo), tutte le altre radio disattivate (modalità aereo) e il risparmio energetico.

1. iPhone SE, iOS 9 consuma 220 mW media

2. iPhone 5s consuma 480 mW media

per riferimento, pre-android, GPS con Trekbuddy

3. legacy Sonim consuma 700 mW media

Questo supporta la dichiarazione di cui sopra, 50 mW (un quarto) della potenza utilizzata per il GPS e il resto per il display e altre intelligenze nel telefono.

Puoi sempre bruciare più energia, ma non è a causa del GPS, ma molto probabilmente per caricare mappe online con copertura dati mobile scarsa / marginale.