Tại sao GPS trên iPhone sử dụng nhiều năng lượng như vậy?

Tôi tiếp tục đọc các bài báo rằng GPS trên iPhone, hoặc bất kỳ điện thoại di động nào cho vấn đề đó, sử dụng rất nhiều năng lượng, nhưng tôi chưa bao giờ nghe một lời giải thích tại sao.

Tại sao lại thế này? Điện thoại không phải truyền như với 3G hoặc WiFi.

Liệu hành động thực tế của việc nhận và khuếch đại tín hiệu mất rất nhiều năng lượng?

Hoặc nó được sử dụng bởi CPU? Tôi thấy khó tin rằng việc tính toán cần thiết để xử lý tín hiệu GPS sẽ đánh thuế bộ xử lý hiện đại.

Vậy cống điện đến từ đâu?

Để có được vị trí GPS bán chính xác, bạn cần ít nhất ba vệ tinh (nhưng thường phải có bốn hoặc nhiều hơn để có được độ chính xác khá) để định vị vị trí của bạn. Bạn càng có nhiều độ chính xác tốt.

Một máy thu GPS cần cấp nguồn cho ăng-ten của nó và liên tục xử lý tín hiệu được gửi bởi mỗi vệ tinh. Hãy nhớ rằng các vệ tinh đang liên tục truyền tin nhắn. (50 bit / giây theo như tôi có thể nhớ)

Vệ tinh phát ra các tin nhắn chỉ định vị trí, quỹ đạo, tốc độ chính xác của chúng, thời gian mỗi tin nhắn được gửi và vị trí thô của tất cả các vệ tinh khác trong chòm sao.

Bằng cách so sánh thông tin này với thời gian tín hiệu được nhận khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu có thể được xác định. Khi bạn có ba vệ tinh trở lên, bạn có thể sắp xếp vị trí của mình theo ba chiều so với vị trí của các vệ tinh.

IPhone (và các điện thoại khác) sử dụng A-GPS, được thiết kế để (tin hay không) trong số những thứ khác, giúp GPS hoạt động tốt hơn ở các khu vực tiếp nhận kém (thành phố?) Và giảm lượng thông tin mà người nhận cần từ các vệ tinh, do đó tiết kiệm pin từ Anten.

Các phần của tín hiệu GPS về vị trí, tốc độ và quỹ đạo quỹ đạo thường rơi ra đầu tiên khi ở mức tiếp nhận thấp, đó là nơi A-GPS phù hợp, cung cấp thông tin đó cho mọi vệ tinh trên thế giới cho điện thoại, từ cơ sở dữ liệu trung tâm thông qua mạng di động. Bây giờ điện thoại chỉ cần tìm kiếm các tín hiệu thời gian ngắn từ mỗi vệ tinh, dễ nhận hơn các phần khác của đường truyền.

Khi tất cả thông tin đó được tính toán, một thuật toán (có một vài theo như tôi biết) được sử dụng để tính toán vị trí của người nhận thực tế.

Bây giờ thêm vào đó là thực tế rằng các tin nhắn GPS được mã hóa và các vệ tinh phát các tin nhắn với tốc độ khoảng 50 bit mỗi giây. Và rằng mỗi thông điệp thực sự là một tập hợp con của các khung với thời gian, vị trí, sửa lỗi, v.v.

Có nhiều yếu tố hơn, nhưng với mục đích đơn giản hóa, cpu của GPS phải liên tục sử dụng radio (đã hết năng lượng) để thu tín hiệu (có thể yếu!) Thường là bốn hoặc nhiều hơn (đôi khi lên đến 20! ) các vệ tinh liên tục gửi các gói, sau đó nó phải giải mã và xử lý chúng, thực hiện các tính toán để phân tích kết quả và trong một số trường hợp, vẽ bản đồ hoặc cung cấp ứng dụng với thông tin.

Như bạn có thể thấy, điều này nghe có vẻ dễ dàng nhưng thực tế không phải vậy. Có rất nhiều xử lý CPU liên quan đến mặt sau (cộng với sức mạnh của ăng-ten!)

Vì vậy, mức tiêu thụ năng lượng GPS thường xuất phát từ bản chất thời gian thực của hoạt động. Cấp nguồn cho ăng-ten, lắng nghe thông tin và xử lý nó, sử dụng nguồn điện, không chỉ là ăng-ten radio chờ (điện thoại) đang chờ cuộc gọi. Ngoài ra, A-GPS cũng sử dụng radio của điện thoại và (nếu có) các mạng Wi-Fi để xác định vị trí của nó (và sử dụng ít thông tin GPS hơn), có nghĩa là, sử dụng nhiều năng lượng hơn cùng một lúc.

Các Wikipedia GPS trang có rất nhiều thông tin chi tiết nếu bạn muốn nhận được các chi tiết cụ thể và / hoặc bổ nhào vào nhiều geekery GPS, bao gồm các công cụ chỉnh toán và báo lỗi.

Mặc dù câu trả lời của Martin có rất nhiều thông tin tuyệt vời, tôi sẽ thêm một câu trả lời khác nhau ở một số điểm chính vì tôi không cảm thấy thoải mái khi chỉnh sửa bài viết của mình để thay đổi đáng kể.

Tóm lại, CPU lấy năng lượng và GPS giữ cho CPU không bị ngủ. Hơn nữa, với các cập nhật vị trí nền, giờ đây các ứng dụng có thể vào trạng thái năng lượng thấp ngay cả khi bật tính năng tạo hàng rào địa lý và ghi âm từ xa để ứng dụng có thể tự thức dậy định kỳ để có các bản sửa lỗi chính xác hơn mà không khiến mạch CPU + GPS hoạt động hàng giờ. Bằng cách kích hoạt sửa lỗi GPS có độ chính xác cao cứ sau 15 đến 45 phút một lần trong khi đi bộ đường dài tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với việc cần cập nhật vị trí liên tục, đó là những gì hệ điều hành thay đổi hiện nay cho phép.

Có, mạch ăng-ten GPS cần một số năng lượng bổ sung để thực hiện các phép tính thời gian và nhổ ra một vị trí nhưng vì ăng-ten chỉ được nhận và không cần tín hiệu để khuếch đại, việc tiêu hao năng lượng này là do lỗi làm tròn hơn là nguyên nhân cao sự tiêu thụ năng lượng. Việc xử lý tín hiệu và toán học phức tạp để nhổ vị trí, lỗi có thể xảy ra và vectơ tốc độ được thực hiện trong chip silicon GPS chứ không phải CPU của điện thoại.

Tất cả các thiết bị GPS cầm tay phải nhận và xử lý tín hiệu ăng-ten GPS - để việc sử dụng năng lượng có thể giống nhau trên tất cả các thiết bị sử dụng chipset GPS hiện đại. Ngoài ra, năng lượng của hai pin AA là 4.2 WHr, so sánh rất tốt với dung lượng pin của iPhone 3 và 4. Do đó, sự khác biệt lớn về thời gian chạy giữa một chiếc Garmin và iPhone là ứng dụng sử dụng dữ liệu chạy CPU và màn hình CPU ngốn nhiều năng lượng hơn.

Có một ứng dụng ở phía trước liên tục xử lý dữ liệu GPS (hoặc ở chế độ nền nhưng ngủ ít hơn nhiều so với bình thường) là điều khiến iPhone sử dụng năng lượng pin nhanh hơn nhiều so với một đơn vị GPS. (có màn hình và CPU sử dụng ít năng lượng hơn và ngủ nhiều thời gian hơn so với iPhone)

Một ứng dụng iPhone được thiết kế kém, liên tục kiểm tra và gửi / nhận dữ liệu để báo cáo vị trí hoặc phản ứng với dữ liệu mới nhất sẽ sử dụng nhiều năng lượng hơn bạn mong đợi. Một ứng dụng được thiết kế tốt cần phải chạy mọi lúc sẽ tiêu hao pin của hầu hết iPhone trong 3 đến 5 giờ.

Nếu iPhone đang truyền dữ liệu hoặc tìm kiếm tín hiệu tế bào mờ - mạch đó sẽ ở mức tiêu thụ cao nhất. Đi bộ ra khỏi vùng phủ sóng là một "cú đúp" của modem di động truyền trên công suất cao để nói chuyện với một tòa tháp ở xa hoặc tìm kiếm vùng phủ sóng cùng lúc dữ liệu vị trí GPS ngăn CPU ngủ thường xuyên. Bạn có thể thấy điều này bằng cách truy cập ứng dụng cài đặt và so sánh thời gian chờ và thời gian sử dụng có và không có GPS hoạt động.

Chip GPS rút ra khoảng 50 mW ở công suất tối đa (xem thêm ở đây , chip di động hiện đại thậm chí còn rút ít hơn ). Ăng-ten không tiêu thụ năng lượng, đó không phải là cách thức hoạt động của ăng-ten (Tôi giả sử việc khuếch đại và lọc tín hiệu được xử lý bên trong chip GPS. Nếu không, điều này sẽ thêm một chút vào khả năng rút điện). Vì vậy, trong 1 giờ, chip rút 50mWh từ pin nếu hết công suất. Pin iPhone có dung lượng ~ 5000 mWh (~ 1400mAh * 3.8V), có nghĩa là nó có thể cung cấp năng lượng cho chip trong 100 giờ, nếu đó là điều duy nhất nó làm. Trong thực tế, chip sẽ không liên tục chạy hết công suất và nó sẽ tắt nguồn ngay cả khi GPS được bật, trừ khi một ứng dụng đang tích cực yêu cầu theo dõi GPS - trong trường hợp đó, mức tiêu thụ năng lượng cao hơn nhiều do CPU và màn hình gây ra ( 0,5- 1,5W).

Một số phép đo thực tế, được thực hiện với tính năng theo dõi GPS, sử dụng bản đồ ngoại tuyến (ứng dụng Galileo), tất cả các bộ đàm khác (chế độ máy bay) và tiết kiệm điện.

1. iPhone SE, iOS 9 tiêu thụ trung bình 220 mW

2. iPhone 5s tiêu thụ trung bình 480 mW

để tham khảo, tiền android, GPS với Trekbuddy

3. Di sản Sonim tiêu thụ trung bình 700 mW

Điều này hỗ trợ tuyên bố ở trên, 50 mW (một phần tư) năng lượng được sử dụng cho GPS và phần còn lại để hiển thị và các thông minh khác trong điện thoại.

Bạn luôn có thể đốt cháy nhiều năng lượng hơn, nhưng đó không phải là do GPS, mà rất có thể là để tải bản đồ trực tuyến với vùng phủ sóng dữ liệu di động kém / cận biên.