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.
Ви знаєте, що в усьому світі встановлено 1.4 мільйони щогл стільникового зв'язку? І це базові станції. А ще ми маємо понад п'ять мільярдів ось таких пристроїв. Це мобільні телефони. І цими мобільними телефонами ми передаємо понад 600 терабайт даних щомісяця. Це величезна цифра -- 6 із 14 нулями. Бездротовий зв'язок став не менш необхідним, ніж електрика та вода. Ми використовуємо його щодня -- в особистому та діловому житті. А часом нас навіть ввічливо просять вимкнути мобільні телефони на різних заходах з поважних причин. Оскільки бездротовий зв'язок настільки важливий, я вирішив дослідити недоліки цієї технології, адже вона відіграє значну роль у нашому житті.
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.
Один із її недоліків -- це пропускна здатність. Для бездротової передачі даних використовують електромагнітні хвилі -- зокрема, радіохвилі. Радіохвилі мають обмеження. Вони дорогі, мають малу пропускну здатність, а також обмежений діапазон. З цієї причини радіохвилі не справляються з вимогами бездротової передачі даних і з кількістю байтів і даних, які передаються щомісяця. Нам буквально бракує спектру. Існує ще одна проблема. Ефективність. 1.4 мільйони щогл стільникового зв'язку, тобто базових станцій, споживають чимало енергії. І завважте, що більшість енергії використовується не для передачі радіохвиль, а для охолодження базових станцій. Тому ефективність базових станцій становить всього лише п'ять відсотків. Це неабияка проблема. Ще один недолік вам добре відомий. Мобільний телефон потрібно вимикати у літаку і в лікарні з міркувань безпеки. Отож, безпека - це ще один клопіт. Радіохвилі проникають крізь стіни. Хтось може їх перехопити і скористатися вашою мережею зі злочинними намірами.
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?
Таким чином, існує чотири основні проблеми. З іншого боку, у нас є 14 мільярдів ось таких штуковин -- жарівок, світла. А світло належить до електромагнітного спектру. Тепер розгляньмо увесь електромагнітний спектр, до якого входять гамма-промені. До гамма-променів краще не наближатися, адже це досить небезпечно. Рентгенівські промені стають у пригоді в лікарні. Далі -- ультрафіолетові промені. Вони дають непогану засмагу, але загалом небезпечні для людського організму. Інфрачервоні промені. З міркувань безпеки для очей, їх використовують тільки на малій потужності. І насамкінець -- радіохвилі, які мають недоліки, про які я вже згадував. Посередині спектру знаходиться спектр видимого світла. Світло існує не один мільйон років. По суті, воно створило нас, створило життя, створило все живе. З цієї причини, світло цілком безпечно використовувати. І хіба не чудова ідея використати його для бездротової передачі даних?
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.
І це ще не все -- я порівняв світло зі всім спектром. Я порівняв розмір спектру радіохвиль з розміром спектру видимого світла. І знаєте що? Спектр видимого світла в 10,000 разів більший, і ним можна скористатися. Ідеться не тільки про величезний розмір спектру. Порівняймо його з числом, про яке я щойно говорив. Ми маємо 1,4 мільйони неефективних стільникових базових станцій, встановлення яких дорого коштує. Помножимо на 10,000 і отримуємо 14 мільярдів. 14 мільярдів уже встановлених жарівок. Ідеться про інфраструктуру. Погляньте на стелю, там усюди жарівки. Спустіться на перший поверх -- там також жарівки.
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.
Чи можна їх використати для зв'язку? Так. Що для цього потрібно зробити? Тільки одне -- замінити неефективні лампи розжарення, флюоресцентні лампи, на нову технологію LED -- світлодіодних ламп. Світлодіод -- це напівпровідник. Електронний пристрій. До того ж, він має прекрасну властивість. Інтенсивність випромінювання світлодіода можна дуже швидко регулювати, і так само швидко його можна вимкнути. Саме цю істотну властивість ми використали у своїй технології. Зараз я покажу, як це виглядає. Ось найближчий сусід спектра видимого світла -- пульт дистанційного управління. Як відомо, пульт дистанційного управління має інфрачервоний світлодіод. Одне слово, ви вмикаєте і вимикаєте світлодіод. Створюється простий, повільний потік даних зі швидкістю 10,000 біт за секунду, 20,000 біт за секунду. Для відео з YouTube таке не годиться.
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.
Що зробили ми? Ми розробили технологію, яка замінить пульт дистанційного управління лампою. Наша технологія дає змогу передавати не один-єдиний потік даних, а тисячі потоків даних паралельно, ще швидше. Наша технологія має назву SIM OFDM. Це просторова модуляція -- я не буду вдаватися у технічні деталі. Але таким способом ми домоглися, щоб джерело світла передавало дані.
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.
Ви скажете: "Справді класно -- слайд створено за 10 хвилин". Але це ще не все. Окрім того, ми розробили демонстраційний пристрій. Зараз я уперше привселюдно покажу цей демонстраційний пристрій видимого світла. Що ми маємо? Це не звичайна настільна лампа. Ми вкрутили в неї світлодіодну лампу за три долари і встановили нашу технологію обробки сигналу. Ось тут знаходиться невеличкий отвір. Світло проходить крізь цей отвір. Тут розташований приймач. Приймач перетворює малі, незначні зміни амплітуди, які ми створюємо, в електричний сигнал. А згодом цей сигнал перетворюється назад у високошвидкісний потік даних. Ми сподіваємося, що згодом зможемо вбудувати цей маленький отвір у ці смартфони. І не тільки вбудувати сюди фотодетектор, а й, можливо, використати вбудовану камеру телефона.
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.
Що ж трапиться, коли я увімкну світло? Нічого особливого, це світло від настільної лампи. Сюди можна покласти книжку і читати. Лампа освітлює простір. Водночас, на екрані з'явився відеозапис. Це відео -- високоякісне відео HD -- передається через цей промінь світла. Ви зміряєте мене критичним оком. І подумаєте: "Ха-ха-ха. Цей мудрагель показує нам свої фокуси". Але дайте мені їх показати.
(Applause)
(Оплески)
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.
Ще раз. Усе ще не вірите? Саме це світло передає це високоякісне відео в розгалуженому потоці. Подивіться на світло -- воно таке ж, як і завжди. Голим оком ви нічого не помітите. Ви не побачите невловних змін у амплітуді, які ми впровадили у цій лампі. Вона працює за своїм призначенням -- освітлює, і, водночас, передає дані. Як бачите, навіть світло зі стелі падає сюди на приймач. Але приймач ігнорує постійне світло, бо його цікавлять тільки непомітні зміни. Тепер мене чекає ще одне критичне запитання: "Гаразд, чи лампа мусить бути увімкнена увесь час, щоб усе працювало?" Так. Але світло можна зробити менш яскравим, до рівня, коли здається, що лампа вимкнена. Передача даних не припиниться -- справді.
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.
Отож, я вже розповів про чотири проблеми. Пропускна здатність. Тут у 10,000 разів більший спектр і у 10,000 разів більше уже встановлених світлодіодів. Сподіваюся, ви погодитеся, що проблеми з пропускною здатністю більше не існує. Ефективність. Ідеться про передачу даних через освітлення -- це, в першу чергу, освітлювальний пристрій. Хто складає кошторис на електроенергію, той знає, що передача даних -- безкоштовна. Тому нова технологія надзвичайно енергоощадна. Я вже не кажу про чималу енергоощадність цих світлодіодних ламп. Якби їх використовував цілий світ, стали б непотрібними сотні електростанцій. Це так, до слова.
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.
Далі я говорив про доступність. Погодьтеся, що у лікарнях є світло. Треба ж бачити, що робиш. У літаках теж є світло. Світло є всюди. Озирніться довкола. Усюди. Подивіться на свої смартфони. Вони мають ліхтарик, світлодіодний ліхтарик. Це потенційні джерела для високошвидкісної передачі даних.
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.
А тепер про безпеку. Погодьтеся, що світло не проникає крізь стіни. Тому якщо я тут маю світло, якщо я маю важливі дані, то ніхто з іншого боку залу не прочитає ці дані крізь стіну. Дані є тільки там, де є світло. Якщо я не хочу, щоб приймач отримував дані, що я зроблю? Я поверну лампу вбік. Тепер дані йдуть у цьому напрямі, а не в тому. Зараз ми бачимо, куди йдуть дані.
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.
Особисто я не можу собі уявити, де можна застосувати цю технологію. Ми живемо у столітті чудових і розумних програмістів. А тепер треба тільки визначити, де є світло, щоб передати дані. Все ж, я наведу кілька прикладів застосування нової технології. Уже сьогодні можна побачити її на ділі. Це дистанційно керований апарат на дні океану. Він освітлює простір під собою. Це світло можна використати для бездротової передачі даних, якими апарати обмінюються між собою.
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.
В іскробезпечному середовищі, наприклад, на цьому нафтохімічному заводі, заборонено використовувати радіочастоти, бо вони можуть викликати розряд на антені. Але щодо світла немає жодних застережень -- там багато світла. Наша технологія підходить для лікарень, нових медичних інструментів, регулювання вуличного руху. Автомобілі мають світлодіодні фари та габарити, і тому можуть налагодити зв'язок між собою, і запобігати аваріям завдяки обміну інформацією. Світлофори сполучаються з автомобілем і так далі. А ще є мільйони вуличних ліхтарів по всьому світу. І кожен вуличний ліхтар може стати безкоштовною точкою доступу. Ми називаємо це Li-Fi - "світлова точність" за аналогією до Wi-Fi - "бездротова точність". А ще салони літаків. У салонах літаків -- сотні ламп, і кожна з них могла би займатися бездротовою передачею даних. Так ви могли б насолоджуватися улюбленим відео з TED під час довгого перельоту додому. Життя онлайн. Я думаю, що воно можливе.
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.
Потрібно тільки встановити маленький мікрочіп у кожен освітлювальний пристрій. Таким чином, ми поєднаємо дві основні функції: освітлення і бездротову передачу даних. Я гадаю, що цей симбіоз подолає чотири істотні недоліки сучасного бездротового зв'язку. У майбутньому ми би мали не лише 14 мільярдів ламп, а 14 мільярдів точок Li-Fi. Усюди -- заради чистішого, екологічнішого і навіть яскравішого майбутнього.
Thank you.
Дякую.
(Applause)
(Оплески)