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.
Viete o tom, že na svete máme rozmiestnených 1,4 milióna stožiarov mobilných sietí? Ide o základňové stanice. Takisto máme viac ako 5 miliárd týchto zariadení. Mám na mysli mobilné telefóny, prostredníctvom ktorých každý mesiac prenášame viac ako 600 terabajtov dát. Je to čislo 6 so štrnástimi nulami, veľmi veľké číslo. Bezdrôtová komunikácia sa stala verejnou službou, akými sú elektrina a voda. Teraz ju neustále používame v našom každodennom živote, v súkromnom aj v pracovnom. Dokonca nás musia niekedy veľmi láskavo poprosiť, aby sme z dobrých dôvodov vypli mobilné telefóny na podujatiach, ako je toto. Je to spomínaná dôležitosť, pre ktorú som sa rozhodol pozrieť na problémy, ktoré má táto technológia, pretože je pre naše životy taká podstatná.
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.
Jedným z týchto problémov je kapacita. Spôsob, akým bezdrôtovo prenášame dáta, je použitím elektromagnetických vĺn, najmä rádiových vĺn. Rádiové vlny sú obmedzené. Sú vzácne, drahé a máme ich len v určitom rozsahu. Je to práve toto obmedzenie, ktoré nezvláda dopyt po bezdrôtových dátových prenosoch a množstve bajtov a dát, ktoré sa každý mesiac prenesú. Jednoducho im dochádza spektrum. Existuje aj ďalší problém. Je to efektivita. Týchto 1,4 milióna stožiarov mobilných sietí, respektíve základňových staníc, spotrebúva mnoho energie. Vezmite si, že väčšina z nej sa nepoužíva na vysielanie rádiových vĺn, ale na chladenie týchto základňových staníc. Efektivita základňovej stanice je len okolo 5 percent, a to spôsobuje veľký problém. Je tu ešte ďalší problém, ktorý si všetci uvedomujete. Svoj mobilný telefón musíte vypínať počas letov. V nemocniciach predstavujú problém s bezpečnosťou a ďalším problémom je samotná bezpečnosť. Rádiové vlny prenikajú cez steny. Je možné ich zachytiť a ak má niekto zlé úmysly, môže vašu sieť využívať.
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?
Toto sú štyri hlavné problémy. Na druhej strane však máme 14 miliárd týchto vecí, žiaroviek, svetla a svetlo je časťou elektromagnetického spektra. Pozrime sa na to v kontexte celého elektromagnetického spektra, kde máme žiarenie gama. Nemali by ste sa priblížiť k žiareniu gama, mohlo by to byť nebezpečné. Röntgenové lúče sú užitočné v nemocniciach. Potom je tu ultrafialové žiarenie. Je dobré na pekné opálenie, ale inak nebezpečné pre ľudské telo. Infračervené, kvôli smerniciam o bezpečnosti očí, môžete používať len na nízkom výkone. Potom máme rádiové vlny, s tými sú však spojené problémy, ktoré som práve spomenul. Uprostred máme spektrum viditeľného svetla. Je to svetlo a svetlo je tu už mnoho miliónov rokov. V podstate vytvorilo nás, život, vytvorilo všetky živé bytosti. Naozaj je teda bezpečné používať ho. Nebolo by skvelé použiť ho na bezdrôtovú komunikáciu?
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.
Nielen to, porovnal som ho s celým spektrom. Porovnal som spektrum rádiových vĺn, jeho veľkosť, s veľkosťou spektra viditeľného svetla a hádajte, aký bol výsledok? Máme 10 000-krát viac tohto spektra, ktoré je tu pre nás, aby sme ho použili. Teda nielen, že máme takéto obrovské spektrum, ale porovnajme to s číslami, ktoré som práve spomínal. Máme 1,4 milióna nákladne vybudovaných neefektívnych rádiových základňových staníc. Vynásobte to číslom 10 000 a skončíte pri 14 miliardách. 14 miliárd je počet žiaroviek, ktoré sú už osadené. Infraštruktúru teda máme. Pozrite sa na strop a uvidíte všetky tie žiarovky. Choďte na prízemie a uvidíte tieto žiarovky.
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.
Môžeme ich používať na komunikáciu? Áno. Čo potrebujeme spraviť? To, čo treba spraviť, je, že musíme nahradiť tieto neefektívne žiarovky a žiarivky novou technológiou LED diód, LED žiarovkami. LED dióda je polovodič. Je to elektronické zariadenie a má veľmi dôležitú vlastnosť. Jej intenzita sa dá meniť pri veľmi vysokých rýchlostiach a pri týchto veľmi vysokých rýchlostiach sa môže aj vypínať. Toto je kľúčová vlastnosť, ktorú sme skúmali našou technológiou. Pozrime sa na to, ako to robíme. Poďme k najbližšiemu susedovi spektra viditeľného svetla, poďme k diaľkovým ovládačom. Všetci viete, že diaľkové ovládače majú infračervenú LED diódu a v podstate LED diódu zapínate a vypínate. Vytvorí jednoduchý, nízkorýchlostný dátový tok s 10 000 bitmi za sekundu, 20 000 bitmi za sekundu. Na video z YouTube sa to použiť nedá.
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.
To, čo sme spravili, je, že sme vyvinuli technológiu, s ktorou môžeme navyše nahradiť diaľkové ovládanie našej žiarovky. Našou technológiou nevysielame len jeden dátový tok, ale tisícky dátových tokov paralelne ešte vyššími rýchlosťami. Technológia, ktorú sme vyvinuli sa nazýva SIM OFDM. Je to priestorová modulácia, sú to len technické termíny a nepôjdem do detailov, ale takto sme umožnili svetelnému zdroju prenášať dáta.
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.
Poviete: „Dobre, to je pekné, prezentácia vytvorená za 10 minút." Nejde však len o to. To, čo sme spravili, je, že sme tiež vyvinuli názornú ukážku. Prvýkrát na verejnosti vám predvádzam túto názornú ukážku viditeľného svetla. To, čo tu máme, je obyčajná stolná lampa. Do nej sme namontovali LED žiarovku, ktorá stojí 3 doláre a dnu sme vložili našu technológiu na spracovanie signálu. To, čo tu teraz máme, je malý otvor a svetlo prechádza týmto otvorom. Je tam prijímač. Prijímač prekonvertuje tieto malé nepatrné zmeny v amplitúde, ktorú tu vytvárame, do elektrického signálu. Tento elektrický signál je potom prekonvertovaný naspať na vysokorýchlostný dátový tok. Dúfame, že v budúcnosti dokážeme integrovať tento malý otvor do smartphonov, a to nielen integrovať fotodetektor, ale možno použiť zabudovaný fotoaparát.
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.
Čo sa teda stane, keď vypnem svetlo? Ako by ste čakali, je to svetlo, stolná lampa. Keď pod ňu dáte knihu, môžete si čítať. Osvetluje priestor, ale v rovnakom čase vidíte toto video a je to video, video v HD rozlíšení, ktoré sa prenáša prostredníctvom tohto svetelného lúča. Ste kritickí. Myslíte si: „Ha, ha, ha. Je to šikovný akademický pracovník, ktorý tu predvádza pár trikov.“ Dovoľte mi spraviť toto.
(Applause)
(Potlesk)
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.
Ešte raz. Stále neveríte? Je to toto svetlo, ktoré prenáša HD video v delenom toku. Ak sa pozriete na svetlo, osvetluje okolie, ako by ste očakávali. Ľudským okom si nevšimnete nepatrné zmeny v amplitúde, ktoré sme na tejto žiarovke vykonávali. Slúži na účely osvetľovania priestoru, ale v rovnakom čase sme schopní tieto dáta prenášať. Môžete vidieť, že dokonca svetlo zo stropu prichádza sem dole k prijímaču. Môže ignorovať toto stále svetlo, pretože prijímač sa zaujíma len o nepatrné zmeny. Tu a tam môžete mať kritické otázky. Poviete: „Dobre, potrebujem mať svetlo stále zapnuté, aby to fungovalo?“ Odpoveď je: „Áno“. Toto svetlo však môžete stlmiť na úroveň, ked sa zdá, že je vypnuté, ale stále budete môcť prenášať dáta, je to možné.
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.
Spomenul som vám teda štyri výzvy. Kapacita: Máme 10 000-krát viac spektra, 10 000-krát viac LED diód, ktoré sú už nainštalované v infraštruktúre. Súhlasilili by ste so mnou, dúfajme, že tu už nie je žiadny problém s kapacitou. Efektívnosť: Toto sú dáta prenášané prostredníctvom osvetlenia priestoru, je to predovšetkým zariadenie na jeho osvetlenie. Ak si urobíte rozpočet na energiu, prenos dát bude zadarmo, čo je veľmi energeticky efektívne, a to nespomínam vysokoenergetickú efektívnosť týchto LED diód. Keby ich začal používať celý svet, mohli by sme ušetriť stovky elektrární. To len tak mimochodom.
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.
Potom som spomenul dostupnosť. Budete so mnou súhlasiť, že v nemocniciach máme svetlá. Musíte vidieť, čo treba robiť. Svetlá máte v lietadlách. Svetlo je teda všade. Pozrite sa dookola. Všade. Pozrite sa na svoj smartphone. Má blesk, blesk s LED diódou. Sú to potenciálne zdroje na vysokorýchlostný prenos dát.
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.
Ďalej je tu bezpečnosť. Súhlasili by ste so mnou, že svetlo nepreniká cez steny. Nikto teda, ak mám svetlo tu, ak mám bezpečné dáta, nikto na druhej strane tejto miestnosti nebude schopný prečítať tieto dáta cez stenu. Dáta sú len tam, kde je svetlo. Ak teda nechcem, aby prijímač prijímal dáta, môžem spraviť to, že to svetlo obrátim inde. Dáta tak idú týmto smerom a tam už nie. Teraz môžme naozaj vidieť, kám dáta putujú.
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.
Pre mňa je využitie tejto technológie momentálne za hranicami predstavivosti. Mali sme storočie plné dobrých, šikovných vývojárov zaoberajúcich sa využitím vecí. Musíte si len všimúť, že tam kde je svetlo, tam je aj potenciálny spôsob prenosu dát. Môžem vám však uviesť zopár príkladov. Dopad tejto technológie môžete vidieť už teraz. Toto je ďiaľkovo ovládaný prístroj pod hladinou oceánu. Tieto prístroje používajú svetlo, aby tam dole osvetľovali priestor a toto svetlo sa môže uplatniť pri prenose dát, ktoré tieto veci používajú, aby medzi sebou komunikovali.
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.
V skutočne bezpečnom prostredí, ako je táto petrochemická továreň, nemôžete používať rádiové frekvencie, pretože môžu na anténe vytvárať iskry, ale môžete použiť svetlo, ktorého tam vidíte viac než dosť. V nemocniciach pre nové lekárske prístroje, na uliciach na riadenie premávky. Autá majú predné reflektory s LED diódami, zadné svetlá s LED diódami a autá môžu medzi sebou komunikovať a zabraňovať nehodám tak, že si vymieňajú informácie. Semafory môžu komunikovať s autom a tak ďalej. Máte tu tiež všetky tie milióny pouličných lámp, ktoré sú rozmiestnené na celom svete. Každá pouličná lampa by mohla byť voľným prístupovým bodom. V skutočnosti to nazývame Li-Fi, light-fidelity, svetelná vernosť. Potom tu máme tieto kabíny lietadiel. Sú v nich stovky svetiel a každé z nich by mohlo byť potenciálnym vysielačom pre dáta prenášané bezdrôtovo. Mohli by ste si teda vychutnať vaše obľubené video z TED-u počas svojho dlhého letu domov. Život online. Myslím, že toto je vízia, ktorá je možná.
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.
Všetko, čo potrebujeme spraviť, je pridanie malého mikročipu do každého potenciálneho zariadenia na osvetľovanie. To by potom spojilo dve základné funkčné vlastnosti: osvetlenie a bezdrôtový prenos dát. Je to táto symbióza, o ktorej si ja osobne myslím, že by mohla vyriešiť štyri základné problémy, ktorým v bezdrôtovej komunikácií v týchto dňoch čelíme. V budúcnosti by ste nemuseli mať len 14 miliárd žiaroviek, mohli by ste mať 14 miliárd Li-Fi bodov, ktoré by boli rozmiestnené na celom svete pre čistejšu, zelenšiu a dokonca jasnejšiu budúcnosť.
Thank you.
Ďakujem.
(Applause)
(Potlesk)