¿Por qué el GPS del iPhone consume tanta energía?

Para obtener una posición GPS semiprecisa, necesita al menos tres satélites (pero generalmente se requieren cuatro o más para obtener un grado de precisión decente) para triangular su posición. Cuanto más tenga, mejor será la precisión.

Un receptor GPS necesita alimentar su antena y procesar constantemente la señal enviada por cada satélite. Recuerda que los satélites están continuamente transmitiendo mensajes. (50 bits/s por lo que puedo recordar)

Los satélites emiten mensajes que especifican su ubicación exacta, trayectoria, velocidad, la hora a la que se envió cada mensaje y la ubicación aproximada de todos los demás satélites de la constelación.

Al comparar esta información con el momento en que se recibió la señal, se puede determinar la distancia desde el satélite hasta el receptor. Cuando tiene tres o más satélites, puede triangular su ubicación en tres dimensiones en relación con las posiciones de los satélites.

El iPhone (y otros teléfonos) usan A-GPS, que está diseñado para (lo creas o no), entre otras cosas, hacer que el GPS funcione mejor en áreas de mala recepción (¿ciudades?) y reducir la cantidad de información que el receptor necesita de los satélites, ahorrando así energía de la batería de la Antena.

Las partes de la señal GPS sobre la ubicación, la velocidad y la trayectoria orbital generalmente se eliminan primero cuando hay poca recepción, ahí es donde encaja A-GPS, alimentando esa información para cada satélite en esa parte del mundo al teléfono, desde una base de datos central. a través de la red móvil. Ahora el teléfono solo tiene que buscar las señales de tiempo corto de cada satélite, que son más fáciles de recibir que las otras partes de la transmisión.

Cuando se calcula toda esa información, se usa un algoritmo (que yo sepa, hay algunos) para calcular la posición del receptor real.

Ahora agregue a eso el hecho de que los mensajes GPS están codificados y que los satélites transmiten los mensajes a aproximadamente 50 bits por segundo. Y que cada mensaje es realmente un subconjunto de cuadros con tiempo, posición, corrección de errores, etc, etc.

Hay más factores involucrados, pero con el fin de simplificar esto, la CPU del GPS debe usar constantemente la radio (que ya tiene mucha energía) para capturar la señal (¡que puede ser débil!) Por lo general, cuatro o más (¡a veces hasta 20! ) satélites que constantemente envían paquetes, luego debe decodificarlos y procesarlos, realizar cálculos para analizar los resultados y en algunos casos dibujar un mapa o alimentar una aplicación con la información.

Como puede ver, esto suena fácil pero no lo es. Hay mucho procesamiento de CPU involucrado en la parte posterior (¡además de la potencia de la antena!)

Por lo tanto, el consumo de energía del GPS generalmente proviene de la naturaleza en tiempo real de la operación. Alimentar la antena, escuchar la información y procesarla, usa energía, más que una antena de radio en espera (el teléfono) esperando una llamada. Además, el A-GPS también usa la radio del teléfono y (si está disponible) las redes Wi-Fi para determinar su ubicación (y usa menos información del GPS), lo que significa que se usa más energía al mismo tiempo.

La página de GPS de Wikipedia tiene mucha información detallada si desea obtener información específica y/o sumergirse en más conocimientos de GPS, incluidas las matemáticas y la corrección de errores.

Aunque la respuesta de Martin tiene mucha información excelente, voy a agregar una respuesta que difiere en varios puntos clave, ya que no me siento cómodo editando su artículo para cambiarlo sustancialmente.

En pocas palabras, la CPU toma la energía y el GPS evita que la CPU duerma. Además, con las actualizaciones de ubicación en segundo plano, las aplicaciones ahora pueden entrar en un estado de bajo consumo incluso cuando la geocerca y la grabación remota están habilitadas para que la aplicación pueda activarse periódicamente para obtener correcciones más precisas sin mantener el circuito de CPU+GPS activo durante horas y horas. Al activar una corrección de GPS de alta precisión una vez cada 15 a 45 minutos mientras camina, es mucho más eficiente energéticamente que necesitar actualizaciones de ubicación constantes, que es lo que ahora permiten los cambios del sistema operativo.

Sí, el circuito de la antena GPS requiere energía adicional para hacer los cálculos de tiempo y escupir una ubicación, pero dado que la antena solo recibe y no es necesario amplificar la señal, este consumo de energía es más un error de redondeo que la causa de alta. el consumo de energía. El procesamiento de la señal y las matemáticas complicadas para escupir la ubicación, el error probable y los vectores de velocidad se realizan en el chip de silicio del GPS y no en la CPU del teléfono.

Todas las unidades GPS portátiles tienen que recibir y procesar las señales de la antena GPS, por lo que es probable que el uso de energía sea similar en todos los dispositivos que utilizan conjuntos de chips GPS modernos. Además, la energía de dos pilas AA es de 4,2 WHr, que se compara muy bien con la capacidad de las pilas del iPhone 3 y 4. Por lo tanto, la gran diferencia en los tiempos de ejecución entre, por ejemplo, un Garmin y un iPhone es que la aplicación que utiliza los datos ejecuta una CPU y una pantalla de iPhone mucho más hambrientas de energía.

Tener una aplicación en primer plano procesando constantemente datos GPS (o en segundo plano pero durmiendo mucho menos de lo normal) es lo que hace que el iPhone use la energía de la batería mucho más rápido que una unidad de GPS de un solo propósito. (cuya pantalla y CPU consumen mucha menos energía y duermen mucho más tiempo que el iPhone)

Una aplicación de iPhone mal diseñada que constantemente verifica y envía / recibe datos para informar una ubicación o reaccionar a los últimos datos nuevos usará más energía de la que podría esperar. Una aplicación bien diseñada que debe estar ejecutándose todo el tiempo de manera similar agotará la batería de la mayoría de los iPhones en 3 a 5 horas.

Si el iPhone está transmitiendo datos o buscando señales celulares débiles, ese circuito estará en su nivel de consumo más alto. Salir de la cobertura celular es un "doble golpe" del módem celular que transmite a alta potencia para hablar con una torre distante o buscar cobertura al mismo tiempo que los datos de ubicación del GPS impiden que la CPU duerma con tanta frecuencia. Puede ver esto yendo a la aplicación de configuración y comparando los tiempos de espera y uso con y sin GPS activo.

Los chips GPS consumen alrededor de 50 mW a plena potencia (ver también aquí , los chips móviles modernos consumen incluso menos ). La antena no consume energía, no es así como funcionan las antenas (supongo que la amplificación y el filtrado de la señal se manejan dentro del chip GPS. De lo contrario, esto aumentaría ligeramente el consumo de energía). Entonces, en 1 hora, el chip consume 50 mWh de la batería si está a plena potencia. La batería del iPhone tiene una capacidad de ~5000 mWh (~1400mAh*3.8V), lo que significa que podría alimentar el chip durante 100 horas, si eso fuera lo único que hiciera. En realidad, el chip no funcionará continuamente a plena potencia y se apagará incluso si el GPS está habilitado, a menos que una aplicación requiera activamente el rastreo por GPS, en cuyo caso la CPU y la pantalla causan un consumo de energía mucho mayor ( 0.5- 1.5W).

Algunas mediciones de la vida real, tomadas con el seguimiento GPS activado, mapa sin conexión utilizado (aplicación Galileo), todas las demás radios desactivadas (modo avión) y ahorro de energía activado.

1. iPhone SE, iOS 9 consume 220 mW de media

2. iPhone 5s consume 480 mW de media

como referencia, pre-android, GPS con Trekbuddy

3. Sonim heredado consume un promedio de 700 mW

Esto respalda la declaración anterior, 50 mW (una cuarta parte) de la energía se usa para el GPS y el resto para la pantalla y otras funciones inteligentes en el teléfono.

Siempre puede quemar más energía, pero eso no se debe al GPS, sino a la carga de mapas en línea con una cobertura de datos móviles pobre/marginal.