Знаете ли, че имаме 1,4 милиона клетъчни радио-мачти разположени по целия свят? И това са базови станции. А също така имаме повече от пет милиарда от тези устройства. Това са клетъчни мобилни телефони. И с тези мобилни телефони, ние изпращаме повече от 600 терабайта данни всеки месец. Това е 6 с 14 нули -- много голямо число. И безжичните комуникации се превърнаха във всекидневна услуга като електричеството и водата. Използваме ги всеки ден. Използваме ги в ежедневния си живот сега -- в личния си живот, в живота си на работа. И дори трябва да бъдем помолени понякога, много любезно, да изключим мобилния си телефон на събития като това, по уважителни причини. И поради тази значимост, реших да разгледам проблемите, които са свързани с тази технология, защото тя е от толкова фундаментално значение за нашия живот.
Do you know that we have 1.4 million cellular radio masts deployed worldwide? And these are base stations. And we also have more than five billion of these devices here. These are cellular mobile phones. And with these mobile phones, we transmit more than 600 terabytes of data every month. This is a 6 with 14 zeroes -- a very large number. And wireless communications has become a utility like electricity and water. We use it everyday. We use it in our everyday lives now -- in our private lives, in our business lives. And we even have to be asked sometimes, very kindly, to switch off the mobile phone at events like this for good reasons. And it's this importance why I decided to look into the issues that this technology has, because it's so fundamental to our lives.
И един от въпросите е капацитета. Начинът, по който пренасяме безжични данни е с помощта на електромагнитни вълни -- по-специално, радиовълни. И радиовълните са ограничени. Те са оскъдни, те са скъпи; и разполагаме само с определен диапазон от тях. И поради това ограничение, те не се справят с изискването за безжично предаване на данни, и количеството на байтовете и данните, които се предават всеки месец. И просто сме на изчерпване на радиочестотния спектър. Има и друг проблем. Това е ефективността. Тези 1,4 милиона клетъчни радио мачти, или базови станции, консумират много енергия. И трябва ли да споменавам, че по-голямата част от енергията не се използва за предаване на радио вълните, а се използва за охлаждане на базовите станции. Така че ефективността на такава базова станция е само около пет процента. И това създава голям проблем. Освен това има друг проблем, с който всички сте наясно. Трябва да изключвате мобилния си телефон по време на полети. В болниците, представляват проблеми свързани със сигурността. А сигурността е друг проблем. Тези радио вълни проникват през стените. Те могат да бъдат засечени, и някой може да използва вашата мрежа, ако има лоши намерения.
And one of the issues is capacity. The way we transmit wireless data is by using electromagnetic waves -- in particular, radio waves. And radio waves are limited. They are scarce; they are expensive; and we only have a certain range of it. And it's this limitation that doesn't cope with the demand of wireless data transmissions and the number of bytes and data which are transmitted every month. And we are simply running out of spectrum. There's another problem. That is efficiency. These 1.4 million cellular radio masts, or base stations, consume a lot of energy. And mind you, most of the energy is not used to transmit the radio waves, it is used to cool the base stations. Then the efficiency of such a base station is only at about five percent. And that creates a big problem. Then there's another issue that you're all aware of. You have to switch off your mobile phone during flights. In hospitals, they are security issues. And security is another issue. These radio waves penetrate through walls. They can be intercepted, and somebody can make use of your network if he has bad intentions.
Така че това са четирите основни проблема. Но от друга страна, имаме 14 милиарда от тези: електрически крушки, светлина. И светлината е част от електромагнитния спектър. Така че нека да погледнем това в контекста на целия електромагнитен спектър, където имаме гама-лъчи. Не искате да се доближавате до гама-лъчите, може да бъде опасно. Рентгеновите лъчи са полезни, когато ходите в болниците. И после има ултравиолетова светлина. тя е добра за един хубав загар, но иначе е вредна за човешкото тяло. Инфрачервена светлина -- поради регламентите за безопасност на очите, можете да я използвате само при ниска мощност. И освен това имаме радио вълни, с проблемите, които току-що споменах. И там в средата, имаме видимия спектър на светлината. Това е светлината, и светлината е наоколо в продължение на много милиони години. И всъщност, тя ни е създала, тя е създала живота, тя е създала всички живи неща. Така че по своята същност е безопасна за употреба. И не би ли било страхотно да се използва за безжични комуникации.
So these are the main four issues. But on the other hand, we have 14 billion of these: light bulbs, light. And light is part of the electromagnetic spectrum. So let's look at this in the context of the entire electromagnetic spectrum, where we have gamma rays. You don't want to get close to gamma rays, it could be dangerous. X-rays, useful when you go to hospitals. Then there's ultraviolet light. it's good for a nice suntan, but otherwise dangerous for the human body. Infrared -- due to eye safety regulations, can be only used with low power. And then we have the radio waves, they have the issues I've just mentioned. And in the middle there, we have this visible light spectrum. It's light, and light has been around for many millions of years. And in fact, it has created us, has created life, has created all the stuff of life. So it's inherently safe to use. And wouldn't it be great to use that for wireless communications?
Не само това, аз направих сравнение на целия спектър. Сравних радиовълновия спектър -- неговия размер -- с размера на видимия спектър на светлината. И можете ли да отгатнете? Имаме 10 000 пъти повече от този спектър, който е там, за нас, за да го използваме. Така че не само имаме това огромно количество на радиочестотния спектър, нека да ги сравним с числата, които току-що споменах. Имаме 1,4 милиона скъпо разгърнати, неефективни клетъчни радио базови станции. И умножете това по 10 000 и ще получите 14 милиарда. 14 милиарда е броят на електрическите крушки, които вече са монтирани. Така че разполагаме с инфраструктурата. Погледнете към тавана, ще видите всички тези крушки. Отидете на първия етаж, ще видите тези крушки.
Not only that, I compared [it to] the entire spectrum. I compared the radio waves spectrum -- the size of it -- with the size of the visible light spectrum. And guess what? We have 10,000 times more of that spectrum, which is there for us to use. So not only do we have this huge amount of spectrum, let's compare that with a number I've just mentioned. We have 1.4 million expensively deployed, inefficient radio cellular base stations. And multiply that by 10,000, then you end up at 14 billion. 14 billion is the number of light bulbs installed already. So we have the infrastructure there. Look at the ceiling, you see all these light bulbs. Go to the main floor, you see these light bulbs.
Можем ли да ги използваме за комуникации? Да. Какво трябва да направим? Единственото нещо, което трябва да направим е да заменим тези неефективни крушки с нажежаеми жички, флуоресцентните лампи, с тази нова технология от светодиоди, светодиодни крушки. Светодиодът е полупроводник. Той е електронно устройство. И има много хубава характеристика. Неговата интензивност може да бъде модулирана при много високи скорости, и може да бъде изключвана при много високи скорости. И това е основно свойство, което изследваме с нашата технология. И така нека ви покажа как го правим. Нека да отидем до най-близкия съсед на видимия спектър на светлината -- нека да разгледаме дистанционното управление. Всички знаете, че дистанционните управления имат инфрачервени светодиоди -- в основни линии, включвате светодиода, и ако го изключите, и то се изключва. И това създава един прост, нискоскоростен поток на данни, 10 000 бита в секунда, 20 000 бита в секунда. Не може да се използва за YouTube видео.
Can we use them for communications? Yes. What do we need to do? The one thing we need to do is we have to replace these inefficient incandescent light bulbs, florescent lights, with this new technology of LED, LED light bulbs. An LED is a semiconductor. It's an electronic device. And it has a very nice acute property. Its intensity can be modulated at very high speeds, and it can be switched off at very high speeds. And this is a fundamental basic property that we exploit with our technology. So let's show how we do that. Let's go to the closest neighbor to the visible light spectrum -- go to remote controls. You all know remote controls have an infrared LED -- basically you switch on the LED, and if it's off, you switch it off. And it creates a simple, low-speed data stream in 10,000 bits per second, 20,000 bits per second. Not usable for a YouTube video.
Това, което направихме бе, че разработихме технология, с която можем освен това да заменим дистанционното управление с електрическа крушка. Ние предаваме с нашата технология, не просто един поток данни, ние предаваме хиляди потоци от данни паралелно, с дори по-високи скорости. И технологията, която сме разработили -- тя се нарича SIM OFDM. Това е пространствена модулация -- това са единствените технически термини, няма да навлизам в подробности -- но това е начинът, по който позволихме на този източник на светлина да изпраща данни.
What we have done is we have developed a technology with which we can furthermore replace the remote control of our light bulb. We transmit with our technology, not only a single data stream, we transmit thousands of data streams in parallel, at even higher speeds. And the technology we have developed -- it's called SIM OFDM. And it's spacial modulation -- these are the only technical terms, I'm not going into details -- but this is how we enabled that light source to transmit data.
Може да кажете: "Добре, това е хубаво -- слайд, създаден за 10 минути." Но не е само това. Това, което направихме, бе че също така разработихме демонстратор. И аз показвам за първи път пред публика този демонстратор на видима светлина. И това, което имаме тук е обикновена настолна лампа. Ние поставихме светодиодна крушка, струваща три долара, поставихме нашата технология за обработка на сигнали. И после това, което имаме тук, е малка дупка. И светлината преминава през тази дупка. Там има приемник. Приемникът конвертира тези малки, едва доловими промени в амплитудата, които създаваме там, в електрически сигнал. И този електрически сигнал след това се превръща обратно във високоскоростен поток от данни. В бъдеще се надяваме, че ще можем да интегрираме тази малка дупка в тези смарт телефони. И не само да интегрираме фотодетектор тук, но може би да използваме вътрешната камера.
You will say, "Okay, this is nice -- a slide created in 10 minutes." But not only that. What we've done is we have also developed a demonstrator. And I'm showing for the first time in public this visible light demonstrator. And what we have here is no ordinary desk lamp. We fit in an LED light bulb, worth three U.S. dollars, put in our signal processing technology. And then what we have here is a little hole. And the light goes through that hole. There's a receiver. The receiver will convert these little, subtle changes in the amplitude that we create there into an electrical signal. And that signal is then converted back to a high-speed data stream. In the future we hope that we can integrate this little hole into these smart phones. And not only integrate a photo detector here, but maybe use the camera inside.
И така какво се случва когато включа лампата? Както може би очаквате, това е светлина, настолна лампа. Поставете книгата си под нея и можете да четете. Тя осветява пространството. Но в същото време, можете да видите това видео тук. И това е видео, видео с висока резолюция, което се предава чрез светлинния лъч. Вие сте критично настроени. Мислите си: "Ха, ха, ха. Това е един умен учен, който прави малко трикове тук." Но позволете ми да направя това.
So what happens when I switch on that light? As you would expect, it's a light, a desk lamp. Put your book beneath it and you can read. It's illuminating the space. But at the same time, you see this video coming up here. And that's a video, a high-definition video that is transmitted through that light beam. You're critical. You think, "Ha, ha, ha. This is a smart academic doing a little bit of tricks here." But let me do this.
(Ръкопляскане)
(Applause)
Още веднъж. Все още не вярвате? Това е тази светлина, която предава това видео с висока резолюция в разделен стрийм. И ако се вгледате в светлината, тя осветява, както бихте очаквали. Не забелязвате нищо с очи си. Не забелязвате едва доловимите промени в амплитудата, които запечатваме върху тази крушка. Тя обслужва целите на осветлението, но в същото време, ние сме в състояние да предаваме тази информация. И можете дори да видите, дори светлината от тавана стига долу до приемника. И той може да пренебрегне постоянната светлина, понеже всичко, от което се интересува приемника, са едва доловими промени. Също може да имате някои критични въпроси. Може да кажете: "Добре, трябва ли осветлението да е включено през цялото време за да работи това?" И отговорът е да. Но, вие може да затъмните светлината до ниво, което изглежда като изключено. И все още ще сте в състояние да предавате данни -- това е възможно.
Once again. Still don't believe? It is this light that transmits this high-definition video in a split stream. And if you look at the light, it is illuminating as you would expect. You don't notice with your human eye. You don't notice the subtle changes in the amplitude that we impress onto this light bulb. It's serving the purpose of illumination, but at the same time, we are able to transmit this data. And you see, even light from the ceiling comes down here to the receiver. It can ignore that constant light, because all the receiver's interested in are subtle changes. You also have a critical question now, and you say, "Okay, do I have to have the light on all the time to have this working?" And the answer is yes. But, you can dim down the light to a level that it appears to be off. And you are still able to transmit data -- that's possible.
Аз ви споменах за четирите предизвикателства. Капацитет: Имаме 10 000 пъти по-голям спектър, 10 000 пъти повече светодиоди, инсталирани вече в инфраструктурата. Ще се съгласите с мен, надявам се, че повече няма да има проблем с капацитета. Ефективност: Това са данни, пренесени чрез осветяване -- на първо място това е устройство за осветление. И ако сметнете енергийния бюджет, предаването на данните идва безплатно -- висока енергийна ефективност. Не говоря за високата енергийна ефективност на тези светодиодни крушки. Ако целият свят ги използва ще спестим стотици електроцентрали. Това е настрана.
So I've mentioned to you the four challenges. Capacity: We have 10,000 times more spectrum, 10,000 times more LEDs installed already in the infrastructure there. You would agree with me, hopefully, there's no issue of capacity anymore. Efficiency: This is data through illumination -- it's first of all an illumination device. And if you do the energy budget, the data transmission comes for free -- highly energy efficient. I don't mention the high energy efficiency of these LED light bulbs. If the whole world would deploy them, you would save hundreds of power plants. That's aside.
И освен това споменах наличността. Ще се съгласите с мен, че имаме осветление в болницата. Трябва да виждате какво правите. Имаме осветление в самолетите. Навсякъде има светлини. Огледайте се наоколо. Навсякъде. Погледнете вашия смарт телефон. Има светкавица, флаш светлина от светодиод. Това са потенциални източници за предаване на данни с висока скорост.
And then I've mentioned the availability. You will agree with me that we have lights in the hospital. You need to see what to do. You have lights in an aircraft. So it's everywhere in a day there is light. Look around. Everywhere. Look at your smart phone. It has a flashlight, an LED flashlight. These are potential sources for high-speed data transmission.
И после идва въпросът със сигурността. И надявам се, ще се съгласите с мен, че светлината не прониква през стените. Така че никой, ако имам светлината тук, ако имам секретни данни, никой от другата страна на тази зала, през тази стена, няма да може да разчете данните. И има данни само там, където има светлина. Така че, ако не искам този приемник да получава данните, тогава това, което мога да направя е, да го завъртя настрани. Така данните ще вървят в тази посока, няма да се получават повече. Сега можем всъщност да видим накъде отиват данните.
And then there's security. You would agree with me that light doesn't penetrate through walls. So no one, if I have a light here, if I have secure data, no one on the other side of this room through that wall would be able to read that data. And there's only data where there is light. So if I don't want that receiver to receive the data, then what I could do, turn it away. So the data goes in that direction, not there anymore. Now we can in fact see where the data is going to.
Така че за мен, приложенията на това, за мен, са отвъд границата на въображението в момента. Имахме един век на много добри, умни разработчици на приложения. И трябва само да забележите, че където имаме светлина, съществува потенциален начин за предаване на данни. Но аз мога да ви дам няколко примера. Може да видим ефекта още сега. Това е дистанционно задвижвано превозно средство под океаните. И те използват светлина за осветяване на пространството там. И тази светлина може да се използва за предаване на безжичните данни, които тези неща да използват, за да комуникират едни с други.
So for me, the applications of it, to me, are beyond imagination at the moment. We have had a century of very nice, smart application developers. And you only have to notice, where we have light, there is a potential way to transmit data. But I can give you a few examples. Well you may see the impact already now. This is a remote operated vehicle beneath the ocean. And they use light to illuminate space down there. And this light can be used to transmit wireless data that these things [use] to communicate with each other.
Искробезопасни среди, като този нефтохимически завод -- не можете да използвате радиочестоти, те може да генерират антенни искри, но може да използвате светлина -- може да видите много светлина там. В болниците, за нови медицински инструменти; на улиците за контрол на трафика. Автомобили имат предни светлини със светодиоди, задни светлини базирани на светодиоди, и колите могат да комуникират една с друга и да се предотвратяват инциденти, като те обменят информация. Светофарите могат да комуникират с колите и така нататък. И освен това има милиони такива улични лампи инсталирани по цял свят. И всяка улична лампа може да бъде безплатна точка за достъп. Може да я наречем, всъщност, Li-Fi, light-fidelity (светло-прецизност). И после имаме самолетните кабини. Има стотици светлини в кабината на въздухоплавателните средства, и всяка от тези светлини може да бъде потенциален предавател на безжични данни. Така бихте могли да се насладите на любимото си TED видео по време на дълъгия полет обратно вкъщи. Онлайн живот. Така че мисля, че това е визия, която е постижима.
Intrinsically safe environments like this petrochemical plant -- you can't use RF, it may generate antenna sparks, but you can use light -- you see plenty of light there. In hospitals, for new medical instruments; in streets for traffic control. Cars have LED-based headlights, LED-based back lights, and cars can communicate with each other and prevent accidents in the way that they exchange information. Traffic lights can communicate to the car and so on. And then you have these millions of street lamps deployed around the world. And every street lamp could be a free access point. We call it, in fact, a Li-Fi, light-fidelity. And then we have these aircraft cabins. There are hundreds of lights in an aircraft cabin, and each of these lights could be a potential transmitter of wireless data. So you could enjoy your most favorite TED video on your long flight back home. Online life. So that is a vision, I think, that is possible.
Всичко, което ще трябва да направим е да поберем един малък микрочип във всяко потенциално устройство за осветяване. И тогава ще се комбинират две основни функции: осветление и безжично предаване на данни. И тази симбиоза, аз лично вярвам, би могла да реши четирите основни проблема, пред които сме изправени в безжичните комуникации в наши дни. И в бъдеще, може да имаме не просто 14 милиарда крушки, но бихме могли да имаме 14 милиарда Li-Fi, инсталирани по цял свят -- за по-чисто, по-зелено, и дори по-светло бъдеще.
So, all we would need to do is to fit a small microchip to every potential illumination device. And this would then combine two basic functionalities: illumination and wireless data transmission. And it's this symbiosis that I personally believe could solve the four essential problems that face us in wireless communication these days. And in the future, you would not only have 14 billion light bulbs, you may have 14 billion Li-Fis deployed worldwide -- for a cleaner, a greener, and even a brighter future.
Благодаря ви.
Thank you.
(Ръкоплсякане)
(Applause)