Почему GPS на iPhone потребляет так много энергии?

Чтобы получить полуточную позицию GPS, вам нужно как минимум три спутника (но обычно для получения приличной степени точности требуется четыре или более) для триангуляции вашей позиции. Чем их больше, тем выше точность.

Приемник GPS должен питать свою антенну и постоянно обрабатывать сигнал, посылаемый каждым спутником. Помните, что спутники постоянно передают сообщения. (50 бит/сек, насколько я помню)

Спутники посылают сообщения с указанием их точного местоположения, траектории, скорости, времени отправки каждого сообщения и приблизительного местоположения всех других спутников в созвездии.

Сравнивая эту информацию со временем приема сигнала, можно определить расстояние от спутника до приемника. Когда у вас есть три или более спутников, вы можете триангулировать свое местоположение в трех измерениях относительно положения спутников.

В iPhone (и других телефонах) используется технология A-GPS, которая предназначена (верите или нет), помимо прочего, для улучшения работы GPS в зонах с плохим приемом (в городах?) и уменьшения объема информации, необходимой приемнику. спутники, тем самым экономя заряд батареи Антенны.

Части сигнала GPS о местоположении, скорости и орбитальной траектории обычно выпадают первыми при слабом приеме, именно здесь вписывается A-GPS, передавая эту информацию для каждого спутника в этой части мира на телефон из центральной базы данных. через мобильную сеть. Теперь телефон просто должен искать короткие сигналы синхронизации от каждого спутника, которые легче принимать, чем другие части передачи.

Когда вся эта информация рассчитана, используется алгоритм (насколько я знаю, их несколько) для вычисления положения фактического приемника.

Теперь добавьте к этому тот факт, что сообщения GPS закодированы и что спутники передают сообщения со скоростью около 50 бит в секунду. И что каждое сообщение на самом деле представляет собой подмножество кадров со временем, положением, исправлением ошибок и т. д. и т. п.

Есть и другие факторы, но для того, чтобы сделать это простым, процессор GPS должен постоянно использовать радио (уже потребляющее энергию) для захвата сигнала (который может быть слабым!) Обычно четыре или более (иногда до 20! ) спутники, которые постоянно отправляют пакеты, затем он должен декодировать и обрабатывать их, выполнять вычисления для анализа результатов и, в некоторых случаях, рисовать карту или передавать информацию в приложение.

Как видите, это звучит просто, но это не так. Сзади задействована большая часть ЦП (плюс мощность антенны!)

Таким образом, энергопотребление GPS обычно связано с характером работы в реальном времени. Питание антенны, прослушивание информации и ее обработка потребляют энергию больше, чем просто резервная радиоантенна (телефон), ожидающая вызова. Кроме того, A-GPS также использует радиотелефон и (если доступно) сети Wi-Fi для определения своего местоположения (и использует меньше данных GPS), что означает, что одновременно используется больше энергии.

На странице Википедии, посвященной GPS , есть много подробной информации, если вы хотите узнать подробности и/или погрузиться в дополнительные сведения о GPS, включая математику и исправление ошибок.

Хотя ответ Мартина содержит массу отличной информации, я собираюсь добавить ответ, который отличается по нескольким ключевым моментам, поскольку мне неудобно редактировать его статью, чтобы существенно изменить ее.

В двух словах, ЦП берет на себя питание, а GPS не дает ЦП спать. Кроме того, с фоновыми обновлениями местоположения приложения теперь могут переходить в режим пониженного энергопотребления, даже если геозонирование и удаленная запись включены, так что приложение может периодически выходить из спящего режима, чтобы получать более точные исправления, не поддерживая работу схемы ЦП + GPS в течение нескольких часов подряд. Запуская высокоточную фиксацию GPS каждые 15–45 минут во время пеших прогулок, вы получаете гораздо более эффективное энергопотребление, чем постоянное обновление местоположения, которое теперь позволяют изменения ОС.

Да, схема антенны GPS потребляет некоторую дополнительную мощность для выполнения расчетов времени и выдачи местоположения, но поскольку антенна предназначена только для приема и сигнал не нуждается в усилении, этот расход энергии является скорее ошибкой округления, чем причиной высокой потребляемая мощность. Обработка сигналов и сложная математика для определения местоположения, вероятной ошибки и векторов скорости выполняются в кремниевом чипе GPS, а не в процессоре телефона.

Все портативные устройства GPS должны принимать и обрабатывать сигналы антенны GPS, поэтому энергопотребление, вероятно, будет одинаковым для всех устройств, использующих современные наборы микросхем GPS. Кроме того, энергия двух батарей типа АА составляет 4,2 Вт·ч, что очень хорошо сопоставимо с емкостью батарей iPhone 3 и 4. Таким образом, большая разница во времени работы между, скажем, Garmin и iPhone заключается в том, что приложение, которое использует данные, использует гораздо более энергоемкий процессор и экран iPhone.

Наличие приложения на переднем плане, постоянно обрабатывающего данные GPS (или в фоновом режиме, но спящего намного меньше, чем обычно) — это то, что заставляет iPhone использовать энергию батареи намного быстрее, чем одноцелевое устройство GPS. (чей экран и процессор потребляют гораздо меньше энергии и спят гораздо больше времени, чем iPhone)

Плохо спроектированное приложение для iPhone, которое постоянно проверяет и отправляет/принимает данные, чтобы сообщать о местоположении или реагировать на последние новые данные, будет потреблять больше энергии, чем вы могли бы ожидать. Хорошо разработанное приложение, которое должно быть запущено все время, точно так же разряжает аккумулятор большинства iPhone за 3–5 часов.

Если iPhone передает данные или ищет слабые сигналы сотовой связи, эта схема будет на самом высоком уровне потребления. Выход за пределы зоны покрытия сотовой связи является «двойным ударом» сотового модема, передающего на высокой мощности для разговора с удаленной вышкой или поиска покрытия, в то время как данные о местоположении GPS не позволяют процессору спать так часто. Вы можете увидеть это, зайдя в приложение настроек и сравнив время ожидания и использования с активным GPS и без него.

Чипы GPS потребляют около 50 мВт при полной мощности (см. также здесь , современные мобильные чипы потребляют еще меньше ). Антенна не потребляет энергию, антенны работают не так (я предполагаю, что усиление и фильтрация сигнала осуществляется внутри чипа GPS. Если нет, это немного увеличит потребляемую мощность). Таким образом, за 1 час чип потребляет от батареи 50 мВтч при полной мощности. Аккумулятор iPhone имеет емкость ~ 5000 мВтч (~ 1400 мАч * 3,8 В), что означает, что он мог бы питать чип в течение 100 часов, если бы это было единственное, что он делал. В действительности, чип не будет постоянно работать на полную мощность и отключится, даже если GPS включен, если только приложение активно не требует GPS-отслеживания — в этом случае ЦП и экран потребляют гораздо больше энергии ( 0,5–0,5 ). 1,5 Вт).

Некоторые измерения в реальной жизни, сделанные с включенным GPS-отслеживанием, с использованием автономной карты (приложение Galileo), всеми остальными радиомодулями (режим полета) и включенным режимом энергосбережения.

1. iPhone SE, iOS 9 потребляет в среднем 220 мВт

2. iPhone 5s потребляет в среднем 480 мВт

для справки, до Android, GPS с Trekbuddy

3. устаревший Sonim потребляет в среднем 700 мВт

Это подтверждает утверждение выше: 50 мВт (одна четверть) мощности используется для GPS, а остальное — для дисплея и других функций телефона.

Вы всегда можете сжечь больше энергии, но это не из-за GPS, а, скорее всего, из-за загрузки онлайн-карт с плохим/маргинальным покрытием мобильных данных.