Warum verbraucht GPS auf dem iPhone so viel Strom?

Ich lese in Artikeln immer wieder, dass GPS auf dem iPhone oder auf jedem anderen Handy viel Strom verbraucht, aber ich habe nie eine Erklärung dafür gehört.

Warum ist das? Das Telefon muss nicht wie bei 3G oder WiFi senden.

Verbraucht der eigentliche Vorgang des Empfangs und der Verstärkung des Signals viel Energie?

Oder wird es von der CPU genutzt? Es fällt mir schwer zu glauben, dass die für die Verarbeitung des GPS-Signals erforderliche Berechnung einen modernen Prozessor belasten würde.

Woher kommt der Stromverbrauch?

Um eine halbpräzise GPS-Position zu erhalten, benötigen Sie mindestens drei Satelliten (normalerweise sind jedoch vier oder mehr Satelliten erforderlich, um einen angemessenen Genauigkeitsgrad zu erzielen), um Ihre Position zu triangulieren. Je mehr Sie haben, desto besser ist die Genauigkeit.

Ein GPS-Empfänger muss seine Antenne mit Strom versorgen und das von jedem Satelliten gesendete Signal ständig verarbeiten. Denken Sie daran, dass Satelliten ständig Nachrichten senden. (50 bits / sec soweit ich mich erinnern kann)

Satelliten senden Nachrichten aus, in denen der genaue Standort, die Flugbahn, die Geschwindigkeit, die Sendezeit jeder Nachricht und der ungefähre Standort aller anderen Satelliten in der Konstellation angegeben sind.

Durch Vergleichen dieser Informationen mit der Zeit, zu der das Signal empfangen wurde, kann eine Entfernung vom Satelliten zum Empfänger bestimmt werden. Wenn Sie drei oder mehr Satelliten haben, können Sie Ihren Standort in Bezug auf die Positionen der Satelliten dreidimensional triangulieren.

Das iPhone (und andere Telefone) verwenden A-GPS, das dazu dient (ob Sie es glauben oder nicht), das GPS in Gebieten mit schlechtem Empfang (in Städten?) Zu verbessern und die Informationsmenge zu reduzieren, die der Empfänger benötigt die Satelliten und spart so Batteriestrom von der Antenne.

Die Teile des GPS-Signals über Ort, Geschwindigkeit und Umlaufbahn fallen normalerweise bei schwachem Empfang zuerst aus. Hier passt A-GPS hinein und liefert diese Informationen für jeden Satelliten in diesem Teil der Welt aus einer zentralen Datenbank an das Telefon über das Mobilfunknetz. Jetzt muss das Telefon nur noch die kurzen Zeitsignale von jedem Satelliten suchen, die leichter zu empfangen sind als die anderen Teile der Übertragung.

Wenn all diese Informationen berechnet sind, wird ein Algorithmus (soweit mir bekannt ist, gibt es einige) verwendet, um die Position des tatsächlichen Empfängers zu berechnen.

Fügen Sie nun hinzu, dass GPS-Nachrichten verschlüsselt sind und dass Satelliten die Nachrichten mit etwa 50 Bit pro Sekunde senden. Und dass jede Nachricht wirklich eine Teilmenge von Frames mit Zeit, Position, Fehlerkorrektur usw. ist.

Es gibt noch weitere Faktoren, aber um dies zu vereinfachen, muss die CPU des GPS ständig das (ohnehin schon leistungshungrige) Funkgerät verwenden, um das (möglicherweise schwache!) Signal für gewöhnlich vier oder mehr (manchmal bis zu 20!) Zu erfassen. ) Satelliten, die ständig Pakete senden, müssen diese entschlüsseln und verarbeiten, Berechnungen durchführen, um die Ergebnisse zu analysieren, und in einigen Fällen eine Karte zeichnen oder einer Anwendung die Informationen zuführen.

Wie Sie sehen, hört sich das einfach an, ist es aber nicht. Hinten steckt viel CPU-Prozessor (plus die Leistung der Antenne!)

Der GPS-Stromverbrauch ergibt sich normalerweise aus der Echtzeit-Art des Vorgangs. Wenn die Antenne mit Strom versorgt, Informationen abgehört und verarbeitet werden, wird mehr Strom verbraucht als nur eine Standby-Radioantenne (das Telefon), die auf einen Anruf wartet. Außerdem verwendet das A-GPS auch das Telefonradio und (falls verfügbar) Wi-Fi-Netzwerke, um seinen Standort zu bestimmen (und weniger GPS-Informationen zu verwenden), was bedeutet, dass gleichzeitig mehr Strom verbraucht wird.

Auf der Wikipedia-GPS- Seite finden Sie viele detaillierte Informationen, wenn Sie die Details erfahren und / oder mehr über GPS-Geekery erfahren möchten, einschließlich Mathe- und Fehlerkorrekturmaterial.

Obwohl Martins Antwort Unmengen an tollen Informationen enthält, werde ich eine Antwort hinzufügen, die sich in einigen wichtigen Punkten unterscheidet, da ich es nicht gut finde, seinen Artikel zu bearbeiten, um ihn wesentlich zu ändern.

Kurz gesagt, die CPU übernimmt die Stromversorgung und das GPS verhindert, dass die CPU in den Ruhezustand wechselt. Darüber hinaus können Apps mit Standortaktualisierungen im Hintergrund jetzt auch dann in den Energiesparmodus wechseln, wenn Geo-Fencing und Remote-Aufzeichnung aktiviert sind, sodass sich die App regelmäßig wecken kann, um genauere Fehlerbehebungen zu erhalten, ohne dass die CPU + GPS-Schaltung stundenlang aktiv bleibt. Durch das Auslösen eines hochpräzisen GPS-Fixes alle 15 bis 45 Minuten beim Wandern ist die Energieeffizienz weitaus höher als die Notwendigkeit ständiger Standortaktualisierungen, was das Betriebssystem jetzt ermöglicht.

Ja, die GPS-Antennenschaltung benötigt zusätzliche Energie, um die Zeitberechnungen durchzuführen und einen Ort auszuspucken. Da die Antenne jedoch nur empfangen wird und kein Signal verstärkt werden muss, ist diese Leistungsaufnahme eher ein Rundungsfehler als eine Ursache für einen hohen Wert Energieverbrauch. Die Signalverarbeitung und komplizierte Berechnungen zum Ausspucken von Position, wahrscheinlichen Fehlern und Geschwindigkeitsvektoren erfolgen im GPS-Chip und nicht in der CPU des Telefons.

Alle tragbaren GPS-Geräte müssen die GPS-Antennensignale empfangen und verarbeiten, sodass der Stromverbrauch aller Geräte mit modernen GPS-Chipsätzen wahrscheinlich gleich ist. Die Energie von zwei AA-Batterien beträgt 4,2 Wh, was im Vergleich zu den Akkukapazitäten des iPhone 3 und 4 sehr gut ist. So ist der große Unterschied in den Laufzeiten zwischen einem Garmin und einem iPhone die App, mit der die Daten auf einer viel leistungsstärkeren iPhone-CPU und einem viel leistungsstärkeren Bildschirm ausgeführt werden.

Wenn eine App im Vordergrund ständig GPS-Daten verarbeitet (oder sich im Hintergrund befindet, aber sehr viel weniger als normal schläft), verbraucht das iPhone so viel schneller Batteriestrom als ein einzelnes GPS-Gerät. (dessen Bildschirm und CPU viel weniger Strom verbrauchen und viel häufiger schlafen als das iPhone)

Eine schlecht gestaltete iPhone-App, die ständig Daten überprüft und sendet / empfängt, um einen Standort zu melden oder auf die neuesten Daten zu reagieren, verbraucht mehr Energie als Sie vielleicht erwarten. Eine gut gestaltete App, die die ganze Zeit ausgeführt werden muss, leert den Akku der meisten iPhones in 3 bis 5 Stunden.

Wenn das iPhone Daten überträgt oder nach schwachen Zellensignalen sucht, befindet sich diese Schaltung auf dem höchsten Verbrauchsniveau. Das Herauswandern der Mobilfunkabdeckung ist ein "Doppelschlag" des Mobilfunkmodems, das mit hoher Leistung sendet, um mit einem entfernten Turm zu sprechen oder nach einer Abdeckung zu suchen, während GPS-Positionsdaten die CPU daran hindern, so oft zu schlafen. Sie können dies sehen, indem Sie in der Einstellungs-App die Standby- und Nutzungszeiten mit und ohne aktivem GPS vergleichen.

GPS-Chips verbrauchen bei voller Leistung ca. 50 mW (siehe auch hier , moderne mobile Chips verbrauchen noch weniger ). Die Antenne verbraucht keinen Strom, und so funktionieren Antennen auch nicht (ich gehe davon aus, dass die Signalverstärkung und -filterung im GPS-Chip erfolgt. Andernfalls würde sich der Stromverbrauch geringfügig erhöhen). In 1 Stunde zieht der Chip bei voller Leistung 50 mWh aus der Batterie. Der iPhone-Akku hat eine Kapazität von ~ 5000 mWh (~ 1400 mAh * 3,8 V), was bedeutet, dass er den Chip 100 Stunden lang mit Strom versorgen könnte, wenn dies das einzige wäre, was er tun würde. In der Realität läuft der Chip auch bei aktiviertem GPS nicht kontinuierlich mit voller Leistung und schaltet sich auch dann aus, wenn eine App kein aktives GPS-Tracking benötigt. In diesem Fall wird ein viel höherer Stromverbrauch durch die CPU und den Bildschirm verursacht ( 0,5 - 1). 1,5 W).

Einige reale Messungen, die mit eingeschaltetem GPS-Tracking, verwendeter Offline-Karte (Galileo-App), allen anderen Funkgeräten (Flugzeugmodus) und eingeschalteter Stromsparfunktion durchgeführt wurden.

1. iPhone SE, iOS 9 verbraucht durchschnittlich 220 mW

2. Das iPhone 5s verbraucht durchschnittlich 480 mW

als Referenz, Pre-Android, GPS mit Trekbuddy

3. Legacy-Sonim verbraucht durchschnittlich 700 mW

Dies unterstützt die obige Aussage, dass 50 mW (ein Viertel) der Leistung für das GPS und der Rest für das Display und andere Smartphones im Telefon verwendet wird.

Sie können immer mehr Strom verbrauchen, aber das liegt nicht am GPS, sondern höchstwahrscheinlich am Laden von Online-Karten mit einer schlechten / marginalen mobilen Datenabdeckung.