Я постоянно читаю в статьях, что GPS на iPhone или любом другом мобильном телефоне потребляет много энергии, но я никогда не слышал объяснения почему.
Почему это? Телефон не должен передавать, как это происходит с 3G или WiFi.
Действительно ли фактический акт приема и усиления сигнала занимает много энергии?
Или он используется процессором? Мне трудно поверить, что вычисления, необходимые для обработки сигнала GPS, облагают налогом современный процессор.
Так откуда же происходит утечка энергии?
Ответы:
Чтобы получить полу точную позицию GPS, вам нужно как минимум три спутника (но обычно для достижения приличной степени точности требуется четыре или более), чтобы триангулировать вашу позицию. Чем больше у вас есть, тем лучше точность.
Приемник GPS должен питать свою антенну и постоянно обрабатывать сигнал, посылаемый каждым спутником. Помните, что спутники постоянно передают сообщения. (Насколько я помню, 50 бит / с)
Спутники излучают 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. Если у вас есть три или более спутников, вы можете триангулировать свое местоположение в трех измерениях относительно положений спутников.
В iPhone (и других телефонах) используется A-GPS, который предназначен (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 от антенны.
Части GPS-сигнала о местоположении, скорости и орбитальной траектории обычно выпадают первыми, когда сигнал находится на низком уровне приема, вот где A-GPS подходит, 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 получить, чем другие части передачи.
Когда вся эта информация рассчитана, алгоритм (насколько я знаю, их несколько) используется для вычисления положения фактического приемника.
Теперь добавьте к этому тот факт, что сообщения GPS кодируются и что спутники передают сообщения со скоростью около 50 бит в секунду. И что каждое сообщение действительно является подмножеством кадров со временем, положением, исправлением ошибок и т. Д. И т. Д.
Есть и другие факторы, но для упрощения процессору GPS необходимо 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 они должны декодировать и обрабатывать их, выполнять расчеты для анализа результатов и в некоторых случаях составлять карту или снабжать приложение информацией.
Как видите, это звучит просто, но это не так. На задней панели задействовано много процессоров (плюс мощность антенны!)
Таким образом, энергопотребление GPS обычно зависит от характера операции в реальном времени. Питание антенны, прослушивание информации и ее обработка потребляют энергию, а не просто запасную радиоантенну (телефон), ожидающую вызова. Кроме того, A-GPS также использует радио телефона и (при наличии) сети Wi-Fi для определения своего местоположения (и использует меньше информации GPS), что означает, что одновременно используется больше энергии.
Страница GPS в Википедии содержит много подробной информации, если вы хотите узнать подробности и / или погрузиться в другие приемы GPS, включая математику и исправление ошибок.
Хотя в ответе Мартина содержится много полезной информации, я собираюсь добавить ответ, который отличается по нескольким ключевым моментам, так как мне не удобно редактировать его статью, чтобы существенно ее изменить.
В двух словах, процессор забирает питание, а GPS не дает ему спать. Кроме того, благодаря фоновым обновлениям местоположения приложения теперь могут переходить в состояние низкого энергопотребления даже при включенном геозоне и удаленной записи, чтобы приложение могло периодически просыпаться, чтобы получать более точные исправления, не поддерживая схему CPU + GPS в течение нескольких часов подряд. Запуск высокоточного GPS-фиксирования один раз каждые 15–45 минут, в то время как пеший туризм намного более энергоэффективен, чем постоянные обновления местоположения, что и позволяют изменения в ОС.
Да, схема GPS-антенны действительно требует некоторой дополнительной мощности для выполнения временных расчетов и выделения местоположения, но поскольку антенна только для приема и усиление сигнала не требуется, такая потеря мощности является скорее ошибкой округления, чем причиной высокого уровня Потребляемая мощность Обработка сигналов и сложная математика для определения местоположения, вероятных ошибок и векторов скорости выполняются в кремниевом чипе GPS, а не в процессоре телефона.
Все портативные устройства GPS должны принимать и обрабатывать сигналы антенны GPS, так что потребление энергии, вероятно, будет одинаковым для всех устройств, использующих современные чипсеты GPS. Кроме того, энергия двух батареек АА составляет 4,2 Втч, что очень хорошо сопоставимо с емкостью батарей iPhone 3 и 4. Таким образом, большая разница во времени выполнения, скажем, между Garmin и iPhone, заключается в том, что приложение, использующее данные, работает на гораздо более энергоемком процессоре и экране iPhone.
Приложение на переднем плане, постоянно обрабатывающее данные GPS (или в фоновом режиме, но спящее намного меньше обычного) - это то, что заставляет iPhone использовать энергию аккумулятора намного быстрее, чем одноцелевое устройство GPS. (чей экран и процессор потребляют гораздо меньше энергии и спят гораздо чаще, чем iPhone)
Плохо разработанное приложение для iPhone, которое постоянно проверяет и отправляет / получает данные, чтобы сообщить о местоположении или реагировать на последние новые данные, потребляет больше энергии, чем вы могли ожидать. Хорошо спроектированное приложение, которое должно работать постоянно, аналогичным образом разряжает батарею 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 из зоны действия сотовой связи - это «двойной удар» сотового модема, передающего на высокой мощности для связи с удаленной вышкой или поиска покрытия в то же время, когда данные о местоположении GPS не дают ЦП спать так часто. Вы можете увидеть это, перейдя 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, это не то, как антенны работают (я предполагаю, что усиление сигнала и фильтрация обрабатываются внутри чипа GPS. Если нет, это немного добавило бы к потребляемой мощности). Таким образом, за 1 час микросхема потребляет 50 мВт / ч от батареи, если она работает на полную мощность. Аккумулятор iPhone имеет емкость ~ 5000 мВтч (~ 1400 мАч * 3,8 В), что означает, что он может питать чип в течение 100 часов, если бы это было единственное, что он делал. В действительности, чип не будет работать непрерывно на полной мощности и будет отключаться, даже если GPS включен, если приложение активно не требует отслеживания GPS - в этом случае ЦП и экран вызывают намного более высокое энергопотребление ( 0,5- 1.5W).
Некоторые реальные измерения, сделанные с включенным GPS-отслеживанием, использованием автономной карты (приложение Galileo), всех других радиостанций (режим полета) и энергосбережения.
iPhone SE, iOS 9 потребляет в среднем 220 мВт
iPhone 5s потребляет в среднем 480 мВт
для справки, предварительно андроид, GPS с трекбудой
Это подтверждает вышеприведенное утверждение: 50 мВт (одна четверть) мощности используется для GPS, а остальное - для дисплея и других смарт-телефонов в телефоне.
Вы всегда можете сжечь больше энергии, но это не из-за GPS, но, скорее всего, для загрузки онлайн-карт с плохим / незначительным покрытием мобильных данных.