Telefon konumu nasıl buluyor: GPS, hücre ve Wi-Fi üçlüsü

Telefon bir uyduya “ben neredeyim” diye sormuyor. Uydular yalnızca yayın yapıyor: “ben şu uyduyum, saat tam olarak şu an, yörüngedeki konumum şu.” Telefonun işi bu mesajları dinleyip aralarındaki zaman farkından kendi yerini çıkarmak.

Zamandan mesafeye

Uydu sinyali ışık hızıyla yol alır. Telefon, mesajın içindeki gönderim zamanını kendi saatiyle karşılaştırıp sinyalin yolda ne kadar kaldığını hesaplar; bu süre doğrudan mesafeye çevrilir. Bir uydudan gelen tek bilgi “bu uydudan şu kadar uzaktayım” demekten öteye gitmez — yani uzayda kocaman bir küre yüzeyi.

İkinci uydu ikinci bir küre verir, üçüncüsü üçüncüsünü. Üç küre kesiştiğinde konum iki noktaya iner, biri anlamsız olduğu için atılır. Peki neden dört uydu gerekiyor? Çünkü telefonun saati, uydulardaki atom saatleri kadar hassas değil. Dördüncü ölçüm, konumla birlikte saat hatasını da çözmeye yarar. Bu yüzden telefon GPS sayesinde aynı zamanda çok doğru bir saate de kavuşur.

Uydular nerede

GPS uyduları yaklaşık 20 bin kilometre yükseklikte, orta Dünya yörüngesinde dolaşır. Sinyal bu mesafeyi kat ettiğinde telefona ulaşan güç son derece zayıftır — bir odanın içinde, pencereden uzakta kaybolmasının nedeni bu. Gökyüzünü göremiyorsanız GPS de sizi göremez. Uyduların neden düşmediğini ve yörünge yüksekliklerinin ne anlama geldiğini yörünge yazısında ayrıntılı anlattık.

Bugün telefonlar yalnızca Amerikan GPS’ini değil, Avrupa’nın Galileo, Rusya’nın GLONASS ve Çin’in BeiDou uydularını da birlikte dinliyor. Toplu adı GNSS. Daha fazla uydu demek, binaların arasında gökyüzünün yarısı kapalıyken de yeterli sayıda sinyal bulmak demek.

Sapma nereden geliyor

Açık arazide birkaç metrelik doğruluk olağan; şehir merkezinde aynı telefon onlarca metre şaşabilir. Başlıca nedenler:

• Çok yolluluk: sinyal doğrudan gelmez, cam ve beton yüzeylerden yansıyarak gelir. Yansıyan sinyal daha uzun yol katettiği için telefon mesafeyi fazla hesaplar. Yüksek binalar arasındaki tipik “yan sokakta görünme” hatası budur.
• İyonosfer gecikmesi: atmosferin üst katmanı sinyali bir miktar yavaşlatır. Bu gecikme frekansa göre değiştiği için iki frekansı birlikte dinleyen (L1 ve L5) yeni telefonlar hatayı büyük ölçüde düzeltebiliyor.
• Uydu geometrisi: uydular gökyüzünde birbirine yakın kümelenmişse çözüm zayıflar. Dağınık dağılmış dört uydu, yan yana duran sekiz uydudan iyidir.
• Yükseklik: dikey doğruluk her zaman yatay doğruluktan kötüdür. Telefonunuzun söylediği rakım değeri, çoğu zaman barometreyle düzeltilmiş bir tahmindir.

Telefon aslında üç sistemi birleştiriyor

Haritanın kapalı alanda da bir şeyler göstermesinin nedeni, konumun yalnızca uydudan gelmemesi:

1. GNSS: en doğru kaynak, ama gökyüzü görüşü ve ilk kilitlenme süresi ister.
2. Hücresel konumlama: hangi baz istasyonlarını gördüğünüz, kaba bir bölge verir. Şehirde yüzlerce metre, kırda kilometrelerce hata payıyla.
3. Wi-Fi konumlama: çevredeki kablosuz ağların kimlikleri, büyük veri tabanlarında kayıtlı konumlarla eşleştirilir. Kapalı alanda şaşırtıcı biçimde iyi çalışır; bu yüzden konum servisleri Wi-Fi taramasını kapatsanız bile kullanmak isteyebilir.

Buna bir de hareket sensörleri ekleniyor. Tünele girdiğinizde navigasyonun yolda ilerlemeye devam etmesi, ivmeölçer ve pusula verisiyle yapılan tahminden geliyor.

İlk kilitlenme neden uzun sürüyor

Telefon uyduları bulmak için hangi uydunun nerede olduğunu bilmek zorunda. Bu bilgi uydu sinyalinin içinde gelir ama yavaş indirilir — soğuk başlangıçta dakikaları alabilir. Çözüm, bu yörünge bilgisini internetten saniyeler içinde çekmek. Buna yardımlı GNSS deniyor ve veri bağlantısı varken konumun hemen oturmasının nedeni tam olarak budur.

Güneş de bu işe karışıyor

İyonosferin durumu sabit değil; güneş etkinliği arttığında GNSS doğruluğu ölçülebilir biçimde bozulur. Uzaydan gelen bu etkiyi uzay havası yazısında ayrı ele aldık.

GPS bir konum servisi değil, bir saat servisi. Konum, çok hassas saatlerin karşılaştırılmasından çıkan yan ürün.