ฉันอ่านในบทความที่ GPS บน iPhone หรือโทรศัพท์มือถือใด ๆ สำหรับเรื่องนั้นใช้พลังงานมาก แต่ฉันไม่เคยได้ยินคำอธิบายว่าทำไม
ทำไมนี้ โทรศัพท์ไม่จำเป็นต้องส่งสัญญาณเหมือนที่ทำกับ 3G หรือ WiFi
การรับและขยายสัญญาณที่เกิดขึ้นจริงใช้พลังงานมากหรือไม่?
หรือซีพียูใช้หรือไม่ ฉันคิดว่ามันยากที่จะเชื่อว่าการคำนวณที่จำเป็นในการประมวลผลสัญญาณ GPS จะเป็นตัวประมวลผลที่ทันสมัย
แล้วพลังงานไหลมาจากไหน?
คำตอบ:
ในการรับตำแหน่ง GPS กึ่งแม่นยำคุณต้องมีดาวเทียมอย่างน้อยสามดวง (แต่โดยปกติจะต้องใช้สี่หรือมากกว่านั้นเพื่อให้ได้ระดับความแม่นยำที่เหมาะสม) เพื่อระบุตำแหน่งของคุณ ยิ่งคุณมีความแม่นยำมากขึ้น
ตัวรับสัญญาณ GPS ต้องการพลังงานเสาอากาศและดำเนินการส่งสัญญาณดาวเทียมแต่ละดวงอย่างต่อเนื่อง โปรดจำไว้ว่าดาวเทียมกำลังส่งข้อความอย่างต่อเนื่อง (50 บิต / วินาทีเท่าที่ฉันจำได้)
ดาวเทียมปล่อยข้อความระบุตำแหน่งที่แน่นอนวิถีความเร็วเวลาที่แต่ละข้อความถูกส่งและตำแหน่งที่ขรุขระของดาวเทียมอื่น ๆ ทั้งหมดในกลุ่ม
โดยการเปรียบเทียบข้อมูลนี้กับเวลาที่สัญญาณได้รับระยะทางจากดาวเทียมไปยังเครื่องรับสามารถกำหนดได้ เมื่อคุณมีดาวเทียมสามดวงขึ้นไปคุณสามารถระบุตำแหน่งของคุณเป็นสามมิติเมื่อเทียบกับตำแหน่งของดาวเทียม
iPhone (และโทรศัพท์อื่น ๆ ) ใช้ A-GPS ซึ่งออกแบบมาเพื่อ (เชื่อหรือไม่) ทำให้ GPS ทำงานได้ดีขึ้นในพื้นที่รับสัญญาณที่ไม่ดี (เมือง?) และลดจำนวนข้อมูลที่ผู้รับต้องการ ดาวเทียมจึงประหยัดพลังงานแบตเตอรี่จากเสาอากาศ
ส่วนของสัญญาณ GPS เกี่ยวกับตำแหน่งความเร็วและวิถีโคจรมักจะเลื่อนออกก่อนเมื่อรับสัญญาณต่ำนั่นคือที่ที่ A-GPS เหมาะสมกับการป้อนข้อมูลสำหรับดาวเทียมทุกดวงในส่วนนั้นของโลกจากโทรศัพท์ไปยังฐานข้อมูลกลาง ผ่านเครือข่ายมือถือ ตอนนี้โทรศัพท์ก็ต้องค้นหาสัญญาณช่วงเวลาสั้น ๆ จากดาวเทียมแต่ละดวงซึ่งง่ายต่อการรับมากกว่าส่วนอื่น ๆ ของการส่งสัญญาณ
เมื่อคำนวณข้อมูลทั้งหมดแล้วจะใช้อัลกอริทึม (มีไม่กี่เท่าที่ฉันรู้) เพื่อคำนวณตำแหน่งของผู้รับจริง
ตอนนี้เพิ่มไปที่ความจริงที่ว่าข้อความ GPS ถูกเข้ารหัสและดาวเทียมที่ออกอากาศข้อความที่ประมาณ 50 บิตต่อวินาที และแต่ละข้อความนั้นเป็นส่วนย่อยของเฟรมที่มีเวลาตำแหน่งการแก้ไขข้อผิดพลาด ฯลฯ ฯลฯ
มีปัจจัยเพิ่มเติมที่ไม่เกี่ยวข้อง แต่เพื่อจุดประสงค์ในการทำให้สิ่งนี้ง่ายซีพียู GPS ต้องใช้วิทยุ (กำลังหิวแล้ว) เพื่อจับสัญญาณ (ซึ่งอาจอ่อนแอ!) โดยปกติจะเป็นสี่หรือมากกว่า (บางครั้งถึง 20! ) ดาวเทียมที่ส่งแพ็กเกจอย่างต่อเนื่องจากนั้นจะต้องถอดรหัสและประมวลผลทำการคำนวณเพื่อวิเคราะห์ผลลัพธ์และในบางกรณีวาดแผนที่หรือฟีดแอปพลิเคชันด้วยข้อมูล
อย่างที่คุณเห็นมันฟังดูง่าย แต่ก็ไม่ใช่ ด้านหลังมีการประมวลผล CPU มากมายที่เกี่ยวข้อง (บวกกับพลังของเสาอากาศ!)
ดังนั้นการใช้พลังงาน GPS จึงมาจากลักษณะการใช้งานตามเวลาจริง เปิดเครื่องเสาอากาศรับฟังข้อมูลและประมวลผลใช้พลังงานมากกว่าเสาอากาศวิทยุสแตนด์บาย (โทรศัพท์) รอสาย นอกจากนี้ A-GPS ยังใช้วิทยุของโทรศัพท์และเครือข่าย Wi-Fi (หากมี) เพื่อระบุตำแหน่ง (และใช้ข้อมูล GPS น้อยลง) ซึ่งหมายความว่าจะใช้พลังงานมากขึ้นในเวลาเดียวกัน
วิกิพีเดีย GPSหน้ามีจำนวนมากของข้อมูลรายละเอียดถ้าคุณต้องการที่จะได้รับรายละเอียดและ / หรือดำน้ำใน geekery จีพีเอสมากขึ้นรวมทั้งสิ่งที่คณิตศาสตร์และแก้ไขข้อผิดพลาด
แม้ว่าคำตอบของมาร์ตินจะมีข้อมูลจำนวนมาก แต่ฉันจะเพิ่มคำตอบที่แตกต่างในประเด็นสำคัญหลายอย่างเนื่องจากฉันรู้สึกไม่สบายใจที่จะแก้ไขบทความของเขาเพื่อเปลี่ยนมันอย่างมีนัยสำคัญ
สรุป CPU ใช้พลังงานและ GPS ช่วยให้ CPU ไม่ได้ทำงาน นอกจากนี้ด้วยการอัปเดตตำแหน่งพื้นหลังขณะนี้แอปสามารถเข้าสู่สถานะพลังงานต่ำแม้ในขณะที่เปิดใช้งานการฟันดาบทางภูมิศาสตร์และการบันทึกระยะไกลเพื่อให้แอปสามารถปลุกตัวเองเป็นระยะเพื่อรับการแก้ไขที่แม่นยำมากขึ้น ด้วยการเรียกใช้การแก้ไข GPS ที่มีความแม่นยำสูงทุกๆ 15 ถึง 45 นาทีในขณะที่การปีนเขานั้นประหยัดพลังงานมากกว่าการต้องอัปเดตตำแหน่งอย่างต่อเนื่องซึ่งเป็นสิ่งที่ระบบปฏิบัติการเปลี่ยนแปลงอนุญาต
ใช่วงจรเสาอากาศ GPS ใช้พลังงานเพิ่มเติมเพื่อทำการคำนวณเวลาและถ่มน้ำลายออกจากตำแหน่ง แต่เนื่องจากเสาอากาศได้รับเท่านั้นและไม่จำเป็นต้องขยายสัญญาณการระบายพลังงานนี้มีข้อผิดพลาดในการปัดเศษมากกว่าสาเหตุของความสูง การใช้พลังงาน. การประมวลสัญญาณและคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนในการคายตำแหน่งความผิดพลาดที่น่าจะเป็นและเวกเตอร์ความเร็วนั้นทำในชิปซิลิคอน GPS ไม่ใช่ซีพียูของโทรศัพท์
หน่วย GPS แบบพกพาทั้งหมดต้องรับและประมวลผลสัญญาณเสาอากาศ GPS เพื่อให้การใช้พลังงานมีความคล้ายคลึงกันในทุกอุปกรณ์ที่ใช้ชิปเซ็ต GPS ที่ทันสมัย พลังงานของแบตเตอรี่ AA สองก้อนคือ 4.2 WHr ซึ่งเปรียบเทียบได้ดีกับความจุของแบตเตอรี่ iPhone 3 และ 4 ดังนั้นความแตกต่างอย่างมากในเวลาทำงานระหว่างบอกว่า Garmin และ iPhone เป็นแอพที่ใช้ข้อมูลทำงาน CPU และหน้าจอ iPhone ที่หิวมากขึ้น
การมีแอพอยู่เบื้องหน้าประมวลผลข้อมูล GPS (หรืออยู่ในพื้นหลัง แต่หลับน้อยกว่าปกติ) เป็นสิ่งที่ทำให้ iPhone ใช้พลังงานแบตเตอรี่เร็วกว่าหน่วย GPS เอนกประสงค์เพียงจุดเดียว (หน้าจอและ CPU ใช้พลังงานน้อยกว่ามากและใช้เวลาพักมากกว่าที่ iPhone ใช้)
แอพ iPhone ที่ออกแบบมาไม่ดีซึ่งกำลังตรวจสอบและส่ง / รับข้อมูลอย่างต่อเนื่องเพื่อรายงานตำแหน่งหรือตอบสนองต่อข้อมูลใหม่ล่าสุดจะใช้พลังงานมากกว่าที่คุณคาดหวัง แอพที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีที่ต้องใช้งานตลอดเวลาจะทำให้แบตเตอรี่ของไอโฟนส่วนใหญ่หมดไปในเวลา 3 ถึง 5 ชั่วโมง
หาก iPhone กำลังส่งข้อมูลหรือค้นหาสัญญาณจาง ๆ - วงจรนั้นจะอยู่ในระดับการบริโภคสูงสุด การออกนอกพื้นที่ครอบคลุมเซลล์นั้นเป็น "สัญญาณสองเท่า" ของโมเด็มเซลล์ที่ส่งพลังงานสูงเพื่อพูดคุยกับหอคอยที่ห่างไกลหรือค้นหาความครอบคลุมในเวลาเดียวกันข้อมูลตำแหน่ง GPS ช่วยป้องกัน CPU ไม่ให้หลับบ่อย คุณสามารถดูสิ่งนี้ได้โดยไปที่แอพการตั้งค่าและเปรียบเทียบเวลาสแตนด์บายและการใช้งานด้วยและไม่ใช้ GPS
ชิปจีพีเอสวาดเต็มกำลังประมาณ 50 mW (ดูที่นี่ชิปมือถือรุ่นใหม่วาดได้น้อยลง ) เสาอากาศไม่ได้ดึงพลังงานนั่นไม่ใช่วิธีการทำงานของเสาอากาศ (ฉันถือว่าการขยายสัญญาณและการกรองถูกจัดการภายในชิป GPS หากไม่ทำเช่นนี้จะเพิ่มการดึงพลังงานเล็กน้อย) ดังนั้นใน 1 ชั่วโมงชิปจะดึงพลังงานจากแบตเตอรี่ 50mWh ถ้าเต็มกำลัง แบตเตอรี่ iPhone มีความจุ ~ 5000 mWh (~ 1400mAh * 3.8V) ซึ่งหมายความว่ามันสามารถจ่ายพลังงานให้กับชิปได้เป็นเวลา 100 ชั่วโมงหากเป็นสิ่งเดียวที่ทำ ในความเป็นจริงชิปจะไม่ทำงานเต็มกำลังอย่างต่อเนื่องและจะปิดตัวเองแม้ว่าจะเปิดใช้งาน GPS ยกเว้นว่าแอปจำเป็นต้องใช้การติดตาม GPS ซึ่งในกรณีนี้การดึงพลังงานที่สูงขึ้นมากเกิดจาก CPU และหน้าจอ ( 0.5- 1.5W)
การวัดในชีวิตจริงบางส่วนถ่ายโดยเปิดการติดตามด้วย GPS, ใช้แผนที่ออฟไลน์ (แอพกาลิเลโอ), ปิดวิทยุอื่น ๆ ทั้งหมด (โหมดเครื่องบิน) และประหยัดพลังงาน
iPhone SE, iOS 9 ใช้พลังงานเฉลี่ย220 mW
iPhone 5s ใช้พลังงานเฉลี่ย480 mW
สำหรับการอ้างอิง, pre-android, GPS พร้อม Trekbuddy
สิ่งนี้สนับสนุนข้อความข้างต้นที่ใช้พลังงาน 50 mW (หนึ่งในสี่) สำหรับ GPS และส่วนที่เหลือสำหรับการแสดงผลและสมาร์ทโฟนอื่น ๆ ในโทรศัพท์
คุณสามารถเผาผลาญพลังงานได้มากขึ้น แต่นั่นไม่ใช่เพราะ GPS แต่ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะโหลดแผนที่ออนไลน์ที่มีการครอบคลุมข้อมูลมือถือไม่ดี