iPhone の GPS はなぜそれほど多くの電力を消費するのでしょうか?

Question

iPhone やその他の携帯電話の GPS が大量の電力を消費するという記事をよく読んでいますが、その理由についての説明は聞いたことがありません。

どうしてこれなの？電話機は、3G や WiFi のように送信する必要がありません。

信号を受信して​​増幅するという実際の動作には多くの電力が必要ですか?

それともCPUが使っているのでしょうか？GPS 信号の処理に必要な計算が最新のプロセッサーに負担をかけるとは信じがたいです。

では、電力の流出はどこから来るのでしょうか?

Answer 1

半正確なGPS位置を取得するには、少なくとも3つの衛星（通常、適切な程度の精度を取得するには4つ以上が必要です）が必要です。精度が向上すればするほど。

GPSレシーバーはそのアンテナを電力供給し、各衛星から送信される信号を常に処理する必要があります。衛星は継続的にメッセージを送信していることを忘れないでください。 （私が覚えている限り50ビット/秒）

衛星は、正確な位置、軌跡、速度、各メッセージが送信された時間、星座内の他のすべての衛星の粗い場所を指定するメッセージを放出します。

この情報を衛星から受信機までの距離を受信した時間と比較することにより、決定することができます。 3つ以上の衛星がある場合は、衛星の位置に比べて3次元で位置を三角測量できます。

iPhone（および他の携帯電話）はA-GPSを使用します。これは、とりわけ（信じるかどうかにかかわらず）設計されており、GPSを貧弱な受信エリア（都市？）でより良く機能させ、レシーバーが必要とする情報の量を減らします。衛星は、アンテナからバッテリー電源を節約します。

場所、速度、軌道の軌道に関するGPS信号の部分は、通常、低受容で最初に脱落し、A-GPSが適合し、中央のデータベースから世界のその部分のすべての衛星の情報を電話に供給します。モバイルネットワーク経由。これで、電話は各衛星からの短いタイミング信号を検索するだけで、送信の他の部分よりも受けやすいです。

そのすべての情報が計算されると、実際の受信機の位置を計算するために使用されるアルゴリズム（私が知っている限りいくつかあります）が使用されます。

次に、GPSメッセージがエンコードされており、衛星がメッセージを1秒あたり約50ビットでブロードキャストするという事実を追加します。そして、各メッセージは、時間、位置、エラー修正などを伴うフレームのサブセットであることです。

より多くの要因が存在しますが、これをシンプルにする目的のために、GPSのCPUは、通常4つ以上（時には最大20歳以上）にわたって信号（弱い！ ）常にパッケージを送信している衛星は、それらをデコードして処理するか、計算を実行して結果を分析し、場合によってはマップを描画するか、アプリケーションを情報で送信する必要があります。

ご覧のとおり、これは簡単に聞こえますが、そうではありません。背面には多くのCPU処理が含まれています（さらにアンテナのパワー！）

したがって、GPSの消費電力は通常、操作のリアルタイムの性質に由来します。アンテナに動力を供給し、情報を聞き、処理すると、コールを待っているスタンバイラジオアンテナ（電話）以上のパワーを使用します。さらに、A-GPSは電話のラジオと（利用可能な場合）Wi-Fiネットワークを使用してその場所を決定します（およびGPS情報を使用することが少なくなります）。つまり、より多くの電力が同時に使用されます。

ウィキペディアGPS Pageには、詳細を取得したり、数学やエラー修正のものを含むより多くのGPSオタクに飛び込んだりしたい場合は、多くの詳細情報があります。

Answer 2

Martin の回答には多くの素晴らしい情報が含まれていますが、彼の記事を編集して大幅に変更することに抵抗があるため、いくつかの重要な点で異なる回答を追加します。

簡単に言うと、CPU が電力を消費し、GPS が CPU のスリープを妨げます。 さらに、バックグラウンドでの位置情報の更新により、ジオ フェンシングとリモート録画が有効になっているときでもアプリが低電力状態に移行できるようになり、CPU + GPS 回路を何時間もアクティブにし続けることなく、アプリが定期的に起動してより正確な修正を取得できるようになりました。ハイキング中に 15 ～ 45 分に 1 回高精度の GPS 修正をトリガーすることで、定期的に位置情報を更新する必要があるよりもはるかにエネルギー効率が高くなります。これは OS の変更により可能になりました。

はい、GPS アンテナ回路はタイミング計算を行って位置を吐き出すために追加の電力を必要としますが、アンテナは受信専用であり信号を増幅する必要がないため、この電力消費は高電圧の原因というよりは丸め誤差です。消費電力。信号処理と、位置、推定誤差、および速度ベクトルを吐き出すための複雑な計算は、携帯電話の CPU ではなく、GPS シリコン チップで行われます。

すべてのポータブル GPS ユニットは GPS アンテナ信号を受信して​​処理する必要があるため、最新の GPS チップセットを使用するすべてのデバイスで電力使用量は同様になる可能性があります。また、単三電池 2 本のエネルギーは 4.2 WHr で、iPhone 3 および 4 の電池容量と非常によく比較できます。したがって、たとえば Garmin と iPhone の実行時間の大きな違いは、データを使用するアプリがより多くの電力を消費する iPhone の CPU と画面を実行することです。

アプリが常にフォアグラウンドで GPS データを処理している (またはバックグラウンドにあるが、通常よりもスリープ時間が非常に短い) ため、iPhone は単一目的の GPS ユニットよりもバッテリーのエネルギーを非常に速く消費します。(画面と CPU の消費電力は iPhone よりもはるかに少なく、スリープ時間は iPhone よりもはるかに長くなります)

位置を報告したり、最新の新しいデータに反応したりするためにデータを常にチェックして送受信する不適切な設計の iPhone アプリは、予想以上に多くのエネルギーを消費します。常に実行する必要がある適切に設計されたアプリは、同様に、ほとんどの iPhone のバッテリーを 3 ～ 5 時間で消耗します。

iPhone がデータを送信している場合、または微弱なセル信号を検索している場合、その回路は最高の消費レベルになります。携帯電話の通信可能範囲から外に出ることは、携帯電話モデムが高出力で送信して遠くのタワーと通信したり、通信可能範囲を検索したりすると同時に、GPS 位置データによって CPU のスリープが頻繁に妨げられるという「二重苦」になります。これは設定アプリに移動すると確認できます。 スタンバイ時間と使用時間の比較 GPS がアクティブな場合とアクティブでない場合。

Answer 3

GPS チップの描画 フルパワーで約50mW (こちらも参照 ここ, 、最新のモバイルチップの描画 少ないも）。アンテナは電力を消費しません。それはアンテナの仕組みではありません (信号の増幅とフィルタリングは GPS チップ内で処理されると思います)。そうしないと、消費電力がわずかに増加します)。つまり、フルパワーの場合、チップは 1 時間でバッテリーから 50mWh を消費します。iPhone のバッテリーの容量は約 5000 mWh (約 1400mAh*3.8V) です。つまり、それだけであれば 100 時間チップに電力を供給できることになります。実際には、アプリが積極的に GPS 追跡を必要としない限り、チップはフルパワーで継続的に動作することはなく、GPS が有効になっている場合でも電源が切れます。この場合、CPU と画面によって消費電力が大幅に増加します (0.5～1.5W).

Answer 4

GPSの追跡で撮影されたいくつかの実際の測定値、使用されたオフラインマップ（Galileoアプリ）、他のすべてのラジオオフ（飛行機モード）、および電源が節約されます。

1. iPhone SE、iOS 9が消費します 220 MW 平均

2. iPhone 5Sが消費します 480 MW 平均

参照のために、Pre-android、Trekbuddyを使用したGPS

3. レガシーソニムは消費します 700 MW 平均

これは、上記のステートメントをサポートしています。50MW（4分の1）がGPSに使用され、残りは携帯電話のディスプレイやその他のスマートに使用されます。

いつでもより多くの電力を燃やすことができますが、それはGPSのためではなく、おそらく不十分な/わずかなモバイルデータカバレッジでオンラインマップをロードするためです。