Mengapa GPS di iPhone menggunakan begitu banyak daya?

Saya terus membaca artikel yang menggunakan GPS di iPhone, atau ponsel apa pun, menggunakan banyak daya, tetapi saya belum pernah mendengar penjelasan tentang alasannya.

Kenapa ini? Ponsel tidak harus mentransmisikan seperti halnya dengan 3G atau WiFi.

Apakah tindakan sebenarnya menerima dan memperkuat sinyal membutuhkan banyak daya?

Atau apakah itu digunakan oleh CPU? Saya merasa sulit untuk percaya bahwa perhitungan yang diperlukan untuk memproses sinyal GPS akan membebani prosesor modern.

Jadi dari mana datangnya aliran listrik?

Untuk mendapatkan posisi GPS semi-presisi, Anda membutuhkan setidaknya tiga satelit (tetapi biasanya empat atau lebih diperlukan untuk mendapatkan tingkat presisi yang layak) untuk melakukan pelacakan posisi Anda. Semakin banyak Anda memiliki akurasi yang lebih baik.

Penerima GPS perlu menyalakan antena, dan secara konstan memproses sinyal yang dikirim oleh setiap satelit. Ingat bahwa satelit terus mengirimkan pesan. (50 bit / detik sejauh yang saya ingat)

Satelit memancarkan pesan yang menentukan lokasi, lintasan, kecepatan, waktu masing-masing pesan yang dikirim, dan lokasi kasar semua satelit lainnya di konstelasi.

Dengan membandingkan info ini dengan waktu sinyal diterima jarak dari satelit ke penerima dapat ditentukan. Ketika Anda memiliki tiga satelit atau lebih, Anda dapat melakukan pelacakan lokasi Anda dalam tiga dimensi relatif terhadap posisi satelit.

IPhone (dan telepon lain) menggunakan A-GPS, yang dirancang untuk (mempercayai atau tidak), membuat GPS bekerja lebih baik di daerah penerimaan (kota?) Yang buruk dan mengurangi jumlah informasi yang dibutuhkan oleh penerima satelit, sehingga menghemat daya baterai dari Antena.

Bagian-bagian dari sinyal GPS tentang lokasi, kecepatan, dan lintasan orbital biasanya drop out pertama ketika dalam penerimaan rendah, di situlah A-GPS cocok, memberikan info untuk setiap satelit di bagian dunia ke telepon, dari basis data pusat melalui jaringan seluler. Sekarang telepon hanya perlu mencari sinyal timing pendek dari setiap satelit, yang lebih mudah diterima daripada bagian lain dari transmisi.

Ketika semua informasi itu dihitung, suatu algoritma (ada beberapa sejauh yang saya tahu) digunakan untuk menghitung posisi penerima yang sebenarnya.

Sekarang tambahkan fakta bahwa pesan GPS dikodekan dan satelit menyiarkan pesan dengan kecepatan sekitar 50 bit per detik. Dan bahwa setiap pesan adalah bagian dari bingkai dengan waktu, posisi, koreksi kesalahan, dll, dll.

Ada lebih banyak faktor yang terlibat, tetapi untuk tujuan membuat ini sederhana, CPU CPU harus terus-menerus menggunakan radio (sudah sangat haus daya) untuk menangkap sinyal (yang mungkin lemah!) Untuk biasanya empat atau lebih (kadang-kadang hingga 20! ) satelit yang terus-menerus mengirim paket, maka ia harus memecahkan kode dan memprosesnya, melakukan perhitungan untuk menganalisis hasil dan dalam beberapa kasus menggambar peta atau memberi makan aplikasi dengan info.

Seperti yang Anda lihat, ini terdengar mudah tetapi tidak. Ada banyak pemrosesan CPU yang terlibat di belakang (ditambah kekuatan antena!)

Jadi konsumsi daya GPS biasanya berasal dari sifat operasi waktu nyata. Memberi daya pada antena, mendengarkan informasi dan memprosesnya, menggunakan daya, lebih dari sekadar antena radio siaga (telepon) menunggu panggilan. Ditambah A-GPS juga menggunakan radio ponsel dan (jika tersedia) jaringan Wi-Fi untuk menentukan lokasinya (dan menggunakan lebih sedikit info GPS), yang berarti, lebih banyak daya digunakan pada saat yang sama.

The Wikipedia GPS Halaman memiliki banyak informasi rinci jika Anda ingin mendapatkan spesifik dan / atau menyelam ke GPS geekery lebih, termasuk matematika dan kesalahan hal koreksi.

Meskipun jawaban Martin memiliki banyak informasi hebat, saya akan menambahkan jawaban yang berbeda pada beberapa poin utama karena saya tidak merasa nyaman mengedit artikelnya untuk mengubahnya secara substansial.

Singkatnya, CPU mengambil daya dan GPS menjaga CPU dari tidur. Lebih lanjut, dengan pembaruan lokasi latar belakang, aplikasi sekarang dapat memasuki kondisi daya rendah bahkan saat pagar geo dan perekaman jarak jauh diaktifkan sehingga aplikasi dapat membangunkan dirinya secara berkala untuk mendapatkan perbaikan yang lebih akurat tanpa menjaga sirkuit CPU + GPS aktif selama berjam-jam. Dengan memicu perbaikan GPS akurasi tinggi sekali setiap 15 hingga 45 menit saat hiking jauh lebih hemat energi daripada membutuhkan pembaruan lokasi konstan yang merupakan perubahan yang sekarang dimungkinkan oleh OS.

Ya, sirkuit antena GPS memang membutuhkan daya tambahan untuk melakukan penghitungan waktu dan memuntahkan lokasi, tetapi karena antena hanya menerima dan tidak ada sinyal yang perlu diperkuat, pengurasan daya ini lebih merupakan kesalahan pembulatan daripada penyebab tingginya. konsumsi daya. Pemrosesan sinyal dan matematika yang rumit untuk memuntahkan lokasi, kemungkinan kesalahan dan vektor kecepatan dilakukan dalam chip silikon GPS dan bukan CPU telepon.

Semua unit GPS portabel harus menerima dan memproses sinyal antena GPS - sehingga penggunaan daya mungkin serupa di semua perangkat yang menggunakan chipset GPS modern. Juga energi dari dua baterai AA adalah 4,2 WHr yang sangat baik dibandingkan dengan kapasitas baterai iPhone 3 dan 4. Jadi perbedaan besar dalam jangka waktu antara katakanlah Garmin dan iPhone adalah aplikasi yang menggunakan data menjalankan CPU dan layar iPhone yang jauh lebih haus daya.

Memiliki aplikasi di latar depan yang secara konstan memproses data GPS (atau di latar belakang tetapi tidur sangat kurang dari biasanya) adalah apa yang membuat iPhone menggunakan energi baterai jauh lebih cepat daripada unit GPS tujuan tunggal. (yang layar dan CPU-nya menggunakan daya jauh lebih sedikit dan waktu tidur jauh lebih banyak daripada iPhone)

Aplikasi iPhone yang dirancang dengan buruk yang terus-menerus memeriksa dan mengirim / menerima data untuk melaporkan lokasi atau bereaksi terhadap data baru terbaru akan menggunakan lebih banyak energi daripada yang Anda harapkan. Aplikasi yang dirancang dengan baik yang harus dijalankan setiap saat juga akan menguras baterai sebagian besar iPhone dalam 3 hingga 5 jam.

Jika iPhone mentransmisikan data atau mencari sinyal sel yang pudar - sirkuit itu akan berada pada tingkat konsumsi tertinggi. Berjalan keluar dari jangkauan sel adalah "whammy ganda" dari modem sel yang mentransmisikan daya tinggi untuk berbicara dengan menara yang jauh atau mencari cakupan pada saat yang sama data lokasi GPS mencegah CPU tidur sesering mungkin. Anda dapat melihat ini dengan masuk ke aplikasi pengaturan dan membandingkan waktu Siaga dan Penggunaan dengan dan tanpa GPS aktif.

Chip GPS menarik sekitar 50 mW dengan daya penuh (lihat juga di sini , chip ponsel modern menarik lebih sedikit ). Antena tidak menarik daya, itu bukan cara kerja antena (saya berasumsi amplifikasi sinyal dan penyaringan ditangani di dalam chip GPS. Jika tidak, ini akan menambah sedikit daya menarik). Jadi dalam 1 jam, chip menarik 50mWh dari baterai jika dengan daya penuh. Baterai iPhone memiliki kapasitas ~ 5000 mWh (~ 1400mAh * 3.8V), yang berarti dapat memberi daya pada chip selama 100 jam, jika hanya itu yang dilakukan. Pada kenyataannya, chip tidak akan terus berjalan dengan daya penuh dan itu akan mati meskipun GPS diaktifkan, kecuali jika aplikasi secara aktif membutuhkan pelacakan GPS - dalam hal ini penarikan daya yang jauh lebih tinggi disebabkan oleh CPU dan layar ( 0,5- 1.5W).

Beberapa pengukuran kehidupan nyata, diambil dengan pelacakan GPS aktif, peta offline digunakan (aplikasi Galileo), semua radio lainnya mati (mode pesawat) dan hemat daya.

1. iPhone SE, iOS 9 mengkonsumsi rata-rata 220 mW

2. iPhone 5 mengkonsumsi rata-rata 480 mW

untuk referensi, pra-android, GPS dengan Trekbuddy

3. warisan Sonim mengkonsumsi rata-rata 700 mW

Ini mendukung pernyataan di atas, 50 mW (seperempat) daya digunakan untuk GPS dan sisanya untuk tampilan dan kecerdasan lain di telepon.

Anda selalu dapat membakar lebih banyak daya, tetapi itu bukan karena GPS, tetapi kemungkinan besar memuat peta online dengan jangkauan data seluler yang buruk / marjinal.