Pourquoi le GPS sur l'iPhone consomme-t-il autant d'énergie?

Je continue de lire dans des articles que le GPS sur l'iPhone, ou n'importe quel téléphone portable, utilise beaucoup d'énergie, mais je n'ai jamais entendu d'explication pourquoi.

Pourquoi est-ce? Le téléphone n'a pas à transmettre comme il le fait avec la 3G ou le WiFi.

L'acte réel de réception et d'amplification du signal prend-il beaucoup de puissance?

Ou est-il utilisé par le CPU? J'ai du mal à croire que le calcul nécessaire pour traiter le signal GPS taxerait un processeur moderne.

D'où vient la fuite de puissance?

Pour obtenir une position GPS semi-précise, vous avez besoin d'au moins trois satellites (mais généralement quatre ou plus sont nécessaires pour obtenir un degré de précision décent) pour trianguler votre position. Plus vous en avez, meilleure est la précision.

Un récepteur GPS doit alimenter son antenne et traiter en permanence le signal envoyé par chaque satellite. N'oubliez pas que les satellites transmettent continuellement des messages. (50 bits / sec pour autant que je me souvienne)

Les satellites émettent des messages spécifiant leur emplacement exact, leur trajectoire, leur vitesse, l'heure à laquelle chaque message a été envoyé et l'emplacement approximatif de tous les autres satellites de la constellation.

En comparant ces informations à l'heure à laquelle le signal a été reçu, une distance entre le satellite et le récepteur peut être déterminée. Lorsque vous avez trois satellites ou plus, vous pouvez trianguler votre position en trois dimensions par rapport à la position des satellites.

L'iPhone (et d'autres téléphones) utilise un A-GPS, qui est conçu pour (croyez-le ou non), entre autres, pour améliorer le fonctionnement du GPS dans les zones de mauvaise réception (villes?) Et réduire la quantité d'informations dont le récepteur a besoin les satellites, économisant ainsi l'énergie de la batterie de l'antenne.

Les parties du signal GPS sur l'emplacement, la vitesse et la trajectoire orbitale tombent généralement en premier en cas de faible réception, c'est là que le A-GPS s'intègre, fournissant au téléphone ces informations pour chaque satellite dans cette partie du monde, à partir d'une base de données centrale via le réseau mobile. Maintenant, le téléphone n'a plus qu'à rechercher les signaux de synchronisation courts de chaque satellite, qui sont plus faciles à recevoir que les autres parties de la transmission.

Lorsque toutes ces informations sont calculées, un algorithme (il y en a quelques-uns pour autant que je sache) est utilisé pour calculer la position du récepteur réel.

Ajoutez maintenant à cela le fait que les messages GPS sont encodés et que les satellites diffusent les messages à environ 50 bits par seconde. Et que chaque message est vraiment un sous-ensemble de trames avec l'heure, la position, la correction d'erreur, etc., etc.

Il y a plus de facteurs, mais pour simplifier les choses, le processeur du GPS doit constamment utiliser la radio (déjà gourmande en énergie) pour capturer le signal (qui peut être faible!) Pendant généralement quatre ou plus (parfois jusqu'à 20! ) des satellites qui envoient constamment des colis, il doit ensuite les décoder et les traiter, effectuer des calculs pour analyser les résultats et dans certains cas dessiner une carte ou alimenter une application avec les informations.

Comme vous pouvez le voir, cela semble facile, mais ce n'est pas le cas. Il y a beaucoup de traitement CPU impliqué à l'arrière (plus la puissance de l'antenne!)

Ainsi, la consommation d'énergie du GPS provient généralement de la nature en temps réel de l'opération. Alimenter l'antenne, écouter les informations et les traiter utilise de l'énergie, plus qu'une simple antenne radio de secours (le téléphone) en attente d'un appel. De plus, l'A-GPS utilise également la radio du téléphone et les réseaux Wi-Fi (si disponibles) pour déterminer son emplacement (et utiliser moins d'informations GPS), ce qui signifie que plus d'énergie est utilisée en même temps.

La page Wikipedia de GPS contient de nombreuses informations détaillées si vous souhaitez obtenir les détails et / ou plonger dans plus de geekery GPS, y compris les mathématiques et la correction d'erreurs.

Bien que la réponse de Martin contienne des tonnes d'excellentes informations, je vais ajouter une réponse qui diffère sur plusieurs points clés, car je ne me sens pas à l'aise de modifier son article pour le modifier considérablement.

En un mot, le CPU prend le pouvoir et le GPS empêche le CPU de dormir. De plus, avec les mises à jour de l'emplacement en arrière-plan, les applications peuvent désormais entrer dans un état de faible consommation d'énergie même si l'escrime géographique et l'enregistrement à distance sont activés afin que l'application puisse se réveiller périodiquement pour obtenir des corrections plus précises sans garder le circuit CPU + GPS actif pendant des heures. En déclenchant une position GPS de haute précision toutes les 15 à 45 minutes, la randonnée est beaucoup plus économe en énergie que d'avoir besoin de mises à jour constantes de l'emplacement, ce que permettent désormais les modifications du système d'exploitation.

Oui, les circuits de l'antenne GPS nécessitent une certaine puissance supplémentaire pour effectuer les calculs de synchronisation et cracher un emplacement, mais comme l'antenne est reçue uniquement et qu'aucun signal n'a besoin d'être amplifié, cette consommation d'énergie est plus une erreur d'arrondi que la cause d'un signal élevé. consommation d'énergie. Le traitement du signal et les calculs compliqués pour cracher l'emplacement, les vecteurs d'erreur et de vitesse probables sont effectués dans la puce de silicium GPS et non dans le processeur du téléphone.

Toutes les unités GPS portables doivent recevoir et traiter les signaux d'antenne GPS - de sorte que la consommation d'énergie soit probablement similaire sur tous les appareils utilisant des chipsets GPS modernes. De plus, l'énergie de deux piles AA est de 4,2 Wh, ce qui se compare très bien aux capacités des batteries des iPhone 3 et 4. Ainsi, la grande différence de temps d'exécution entre, disons, un Garmin et un iPhone est que l'application qui utilise les données utilise un processeur et un écran iPhone beaucoup plus gourmands en énergie.

Avoir une application au premier plan qui traite constamment les données GPS (ou en arrière-plan mais qui dort beaucoup moins que la normale) est ce qui fait que l'iPhone utilise l'énergie de la batterie beaucoup plus rapidement qu'une unité GPS à usage unique. (dont l'écran et le processeur consomment beaucoup moins d'énergie et dorment beaucoup plus longtemps que l'iPhone)

Une application iPhone mal conçue qui vérifie et envoie / reçoit constamment des données pour signaler un emplacement ou réagir aux dernières nouvelles données consommera plus d'énergie que vous ne le pensez. Une application bien conçue qui doit être exécutée tout le temps épuisera également la batterie de la plupart des iPhones en 3 à 5 heures.

Si l'iPhone transmet des données ou recherche des signaux de cellules faibles - ces circuits seront à leur niveau de consommation le plus élevé. Sortir de la couverture cellulaire est un "double coup dur" du modem cellulaire qui transmet à haute puissance pour parler à une tour éloignée ou rechercher la couverture en même temps, les données de localisation GPS empêchent le CPU de dormir aussi souvent. Vous pouvez le voir en accédant à l'application des paramètres et en comparant les temps de veille et d'utilisation avec et sans GPS actif.

Les puces GPS consomment environ 50 mW à pleine puissance (voir également ici , les puces mobiles modernes consomment encore moins ). L'antenne ne consomme pas d'énergie, ce n'est pas ainsi que fonctionnent les antennes (je suppose que l'amplification et le filtrage du signal sont gérés à l'intérieur de la puce GPS. Sinon, cela ajouterait légèrement à la consommation d'énergie). Ainsi, en 1 heure, la puce tire 50 mWh de la batterie si à pleine puissance. La batterie de l'iPhone a une capacité de ~ 5000 mWh (~ 1400mAh * 3,8 V), ce qui signifie qu'elle pourrait alimenter la puce pendant 100 heures, si c'était la seule chose qu'elle faisait. En réalité, la puce ne fonctionnera pas en continu à pleine puissance et elle s'éteindra même si le GPS est activé, sauf si une application nécessite activement un suivi GPS - auquel cas une consommation d'énergie beaucoup plus élevée est causée par le CPU et l'écran ( 0,5- 1,5 W).

Certaines mesures réelles, prises avec le suivi GPS activé, la carte hors ligne utilisée (application Galileo), toutes les autres radios désactivées (mode avion) ​​et l'économie d'énergie activée.

1. iPhone SE, iOS 9 consomme en moyenne 220 mW

2. L'iPhone 5s consomme en moyenne 480 mW

pour référence, pré-android, GPS avec Trekbuddy

3. Sonim hérité consomme en moyenne 700 mW

Cela prend en charge la déclaration ci-dessus, 50 mW (un quart) de l'énergie est utilisée pour le GPS et le reste pour l'affichage et d'autres intelligences dans le téléphone.

Vous pouvez toujours brûler plus d'énergie, mais ce n'est pas à cause du GPS, mais très probablement pour le chargement de cartes en ligne avec une couverture de données mobile faible / marginale.