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.
Sapevate che esistono 1,4 milioni di antenne per cellulari installate in tutto il mondo? Sono le stazioni base. E abbiamo anche più di cinque miliardi di telefoni cellulari come questo. Con questi telefoni cellulari, trasmettiamo oltre 600 terabyte di dati ogni mese. È un 6 seguito da 14 zeri: un numero enorme. Le comunicazioni senza fili sono diventate un'utenza, come l'elettricità e l'acqua. Le usiamo quotidianamente, nelle nostre vite private e professionali. Qualche volta, inoltre, in eventi come questo, ci viene gentilmente chiesto di spegnere i cellulari, per dei validi motivi. È proprio l'importanza di questa tecnologia che mi ha spinto a studiare i problemi che la caratterizzano, la sua centralità nelle nostre vite.
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.
Uno dei problemi è la capacità. Trasmettiamo i dati senza fili con onde elettromagnetiche -- in particolare onde radio. Ma le onde radio hanno dei limiti: sono scarse, costose, e appartengono ad uno spettro ristretto. Ed è questo limite che impedisce loro di far fronte alla domanda di trasmissione senza fili di dati e al numero di bytes e di dati trasmessi ogni mese. Stanno, semplicemente, esaurendo lo spettro. C'è un altra questione, poi: l'efficienza. Questi 1,4 milioni di antenne, o stazioni base, consumano molta energia. La maggior parte della quale, pensate un po', non è utilizzata per trasmettere le onde radio, ma per raffreddare le stazioni base. L'efficienza di una simile stazione base è solo del 5% circa. E questo è un bel problema. Poi esiste un altro problema, che tutti voi conoscete: dovete spegnere il telefono cellulare, quando prendete l'aereo, e negli ospedali esistono problemi di sicurezza, che è un altro punto critico: queste onde radio penetrano attraverso i muri, possono essere intercettate, e il vostro network potrebbe essere utilizzato da qualche malintenzionato.
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?
Ecco dunque i quattro principali problemi. Ma d'altronde, abbiamo 14 miliardi di lampadine. Di punti luce. E la luce è parte dello spettro eletttromagnetico. Consideriamo ora questo aspetto nel contesto dell'intero spettro elettromagnetico, che comprende: i raggi gamma, a cui non volete avvicinarvi, perché possono nuocere; i raggi X, che sono utili se finite all'ospedale; la radiazione ultravioletta, buona per abbronzarsi ma altrimenti pericolosa per il corpo umano; gli infrarossi, che per la sicurezza degli occhi potete usare solo a bassa potenza; e infine le onde radio, con i problemi che ho appena menzionato. Qui in mezzo, poi, abbiamo lo spettro di luce visibile. È luce, che esiste da molti milioni di anni. Ci ha creato, in realtà: ha creato la vita, la materia di cui è composta. Quindi il suo utilizzo è intrinsecamente sicuro. Non sarebbe fantastico utilizzarla per le comunicazioni senza fili?
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.
E non è tutto. Ho confrontato la luce con l'intero spettro delle onde radio -- le dimensioni dell'intero spettro con quelle dello spettro visibile. E sapete cosa è emerso? Abbiamo a nostra disposizione uno spettro 10.000 volte più ampio. E non abbiamo solo questo enorme spettro. Confrontiamo anche due numeri appena menzionati. Abbiamo 1.4 milioni di stazioni base radio, costose da installare e inefficienti. Se moltiplichiamo per 10.000, otteniamo 14 miliardi, che è il numero di lampadine già installate. Quindi l'infrastruttura è già pronta! Guardate il soffitto, e vedrete tutte queste lampadine: poi andate al piano terra, e vedrete altre lampadine.
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.
Possiamo usarle per le comunicazioni? Sì! Cosa dobbiamo fare? Solo una cosa: sostituire le inefficienti lampadine ad incandescenza e a fluorescenza con queste lampadine di nuova generazione basate sui LED. Un LED è un semiconduttore, un apparato elettronico. E ha una caratteristica molto interessante: la sua intensità può essere modulata a velocità molto elevate e può essere spento molto rapidamente. È questa la proprietà fondamentale che la nostra tecnologia sfrutta. Lasciate che vi mostri come funziona. Pensiamo ai "vicini" dello spettro visibile -- i telecomandi. Tutti sapete che i telecomandi utilizzano LED a infrarossi - - in sostanza, o accendi il LED, oppure lo spegni, se è acceso. Questo genera un semplice flusso di dati a bassa velocità: 10.000 bits per secondo, 20.000 bits per secondo. Non bastano, per vedere un video su YouTube.
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.
Noi abbiamo sviluppato una tecnologia con cui poter sostituire il telecomando della nostra lampadina. Con la nostra tecnologia, non trasmettiamo un singolo flusso di dati, ma migliaia di flussi in parallelo, e a velocità più elevate. La tecnologia che abbiamo sviluppato si chiama SIM OFDM. Si tratta di modulazione spaziale (sono solo termini tecnici, non entrerò nei dettagli) ma è così che abbiamo reso una fonte di luce in grado di trasmettere dati.
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.
Direte ora:"Ok, è una bella presentazione di 10 minuti." Ma non è solo questo. Abbiamo anche sviluppato un prototipo dimostrativo, Per la prima volta in pubblico, mostrerò la trasmissione a luce visibile. Qui abbiamo una comune lampada da tavolo. In una lampadina LED da 3 dollari, abbiamo inserito la nostra tecnologia di elaborazione del segnale. Poi abbiamo questo piccolo buco. La luce vi passa attraverso, e qui c'è un ricevitore. Il ricevitore convertirà queste minuscole variazioni nell'ampiezza che creiamo qui in un segnale elettrico. Il segnale elettrico è poi riconvertito in un flusso dati ad alta velocità. In futuro speriamo di poter integrare questa piccola apertura negli smartphone. E magari di poter usare, al posto del rilevatore, la fotocamera interna.
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.
Cosa accade, dunque, quando accendo la luce? Come vi aspettereste di vedere, è una fonte di luce, una lampada da tavolo. Se sotto ci mettere un libro, potrete leggerlo. Illumina uno spazio. Ma allo stesso tempo... guardate questo video. È un video ad alta definizione, trasmesso tramite il fascio di luce. Ora sarete scettici. Forse pensate: "Ha, ha, ha. Ecco un universitario furbo che ci mostra qualche trucchetto." Ma se faccio così....
(Applause)
(Applausi)
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.
Ancora una volta. Non ci credete? È proprio questa luce a trasmettere questo video ad alta definizione in un flusso separato. E la luce, se la osservate, sta illuminando esattamente come vi aspettereste. A occhio nudo, non vi accorgete del sottile cambiamento d'ampiezza che imprimiamo a questa lampadina. Sta illuminando, ma può al contempo trasmettere questi dati. E come potete vedere, anche la luce proveniente dal soffitto raggiunge il ricevitore. Che però ignora la luce costante, perché è interessato solo ai minimi cambiamenti. Ogni tanto mi si fanno domande critiche. La gente dice: "Va bene, allora devo tenere sempre accesa la luce, per farlo funzionare?" Beh, sì. Ma potete ridurre l'intensità della luce fino a farla sembrare spenta, e continuare a trasmettere dati. Questo è possibile.
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.
Torniamo ai quattro punti critici di prima. Capacità: [con questa tecnologia] sfruttiamo uno spettro 10.000 volte più ampio, e un numero di LED 10.000 volte maggiore, già installati nell'infrastruttura. Spero converrete con me, quindi, nel dire che la capacità non sarebbe più un problema. Efficienza: si tratta di dati tramite illuminazione -- ma è innanzitutto uno strumento d'illuminazione. E se considerate il budget energetico, la trasmissione dati è gratuita --- quindi in termini energetici è molto efficiente. E questo senza che io menzioni l'efficienza delle lampadine a LED. Se fossero installate ovunque, si risparmierebbero centinaia di centrali elettriche. [Ma] questo è un aspetto collaterale.
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.
Ho parlato della disponibilità, poi. Sarete d'accordo con me che gli ospedali sono pieni di luci (bisogna vedere bene cosa si sta facendo) e ci sono luci negli aeroplani. La luce è ovunque. Guardatevi attorno, è ovunque. Guardate il vostro smartphone: ha un display LED. [Quindi] è un potenziale trasmettitore ad alta velocità.
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.
E poi c'è la questione della sicurezza. Converrete con me che la luce non penetra attraverso i muri. Dunque, se ho una luce qui ed emetto dati sensibili, nessuno, dall'altro lato del muro, può leggere questi dati. E ci sono dati solo dove c'è luce. Quindi, se non voglio che il rilevatore senta i dati, mi basta inclinare la luce. I dati andranno così in quella direzione, e non più in questa. Ora possiamo, di fatto, "vedere" dove vanno i dati.
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.
A mio avviso le possibili applicazioni superano al momento ogni immaginazione. I programmatori creano applicazioni geniali da un secolo. Dovete solo accorgervi che, ovunque ci sia luce, c'è una potenziale trasmissione di dati. Ma posso darvi qualche esempio, così che possiate apprezzarne il potenziale già ora. Questo è un veicolo controllato da remoto, che gira nelle profondità degli oceani. E per illuminare l'area sottostante, utilizza una luce che potrebbe trasmettere, senza fili, i dati con cui questi apparecchi comunicano tra loro.
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.
Ambienti ad alta sicurezza come questo impianto petrolchimico non possono usare radiofrequenze, che potrebbero generare archi, ma possono usare la luce -- e potete anzi vedere quanta ne usano. Negli ospedali, per nuovi strumenti medici; nelle strade, per controllare il traffico. In testa e in coda, le automobili sono dotate di luci a LED, con cui le automobili potrebbero comunicare tra loro e così facendo prevenire gli incidenti. I semafori potrebbero comunicare con le auto, e così via. Ci sono poi milioni di lampioni installati in tutto il mondo. Ed ogni lampione potrebbe diventare un access point gratuito. La chiamiamo infatti Li-Fi, light-fidelity. E poi abbiamo queste cabine d'aereo. Ci sono centinaia di luci nella cabina di un aereo, e ognuna di queste luci potrebbe in teoria trasmettere dati senza fili. Così potreste godervi il vostro video TED preferito nel lungo viaggio di ritorno verso casa. La visione di una vita online, dunque, penso sia possibile.
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.
Dobbiamo solo inserire un piccolo microchip in ogni potenziale strumento d'illuminazione. Questo consentirebbe di combinare due funzioni essenziali: illuminazione e trasmissione senza fili dei dati. Ed è questa la simbiosi che, a mio avviso, potrebbe risolvere i quattro problemi essenziali delle comunicazioni senza fili odierne. E nel futuro, non avremo solo 14 miliardi di lampadine, ma anche 14 miliardi di Li-Fi installati in tutto il mondo -- per un futuro più pulito, più verde, e anche più "brillante".
Thank you.
Grazie.
(Applause)
(Applausi)