Wireless data from every light bulb | Harald Haas

Harald Haas: Drahtlose Daten von jeder Glühbirne

Übersetzung: Felix Patotschka Lektorat: Alex Boos

Do you know

Wussten Sie,

that we have 1.4 million cellular radio masts

dass wir 1,4 Millionen Funkmasten

deployed worldwide?

auf der Erde haben?

And these are base stations.

Das sind Basisstationen.

And we also have

Und wir haben außerdem

more than five billion

über fünf Milliarden

of these devices here.

von diesen Geräten hier.

These are cellular mobile phones.

Das sind Mobiltelefone.

And with these mobile phones,

Und mit diesen Mobiltelefonen

we transmit more than 600 terabytes of data

übertragen wir jeden Monat

every month.

600 Terabyte an Daten.

This is a 6 with 14 zeroes --

Das ist eine sechs mit 14 Nullen -

a very large number.

eine sehr große Zahl.

And wireless communications

Und drahtlose Kommunikation

has become a utility

ist inzwischen so alltäglich

like electricity and water.

wie Strom und Wasser.

We use it everyday. We use it in our everyday lives now --

Wir benutzen sie jeden Tag. In unserem privaten

in our private lives, in our business lives.

und professionellen Leben.

And we even have to be asked sometimes, very kindly,

Und manchmal müssen wir sogar, auf Veranstaltungen wie dieser, höflich gebeten werden

to switch off the mobile phone at events like this

unsere Handys auszuschalten.

for good reasons.

Aus gutem Grund.

And it's this importance

Es ist diese hohe Bedeutung,

why I decided to look into the issues

die mich dazu brachte die Probleme

that this technology has,

dieser Technologie zu untersuchen,

because it's so fundamental to our lives.

weil sie so wichtig für unser Leben ist.

And one of the issues is capacity.

Und eines der Probleme ist die Kapazität.

The way we transmit wireless data is by using electromagnetic waves --

Wir übertragen Daten drahtlos über elektromagnetische Wellen -

in particular, radio waves.

genauer gesagt Radiowellen.

And radio waves are limited.

Und Radiowellen sind begrenzt.

They are scarce; they are expensive;

Sie sind knapp, teuer

and we only have a certain range of it.

und wir haben nur ein gewisses Spektrum von ihnen.

And it's this limitation

Es ist diese Begrenzung,

that doesn't cope

die dem Bedarf an drahtloser Übertragung

with the demand of wireless data transmissions

und der Zahl der Bytes und Daten, die wir

and the number of bytes and data which are transmitted every month.

jeden Monat übertragen, nicht gewachsen ist.

And we are simply running out of spectrum.

Das Spektrum ist bald erschöpft.

There's another problem.

Es gibt ein weiteres Problem.

That is efficiency.

Die Effektivität.

These 1.4 million cellular radio masts, or base stations,

Diese 1,4 Millionen Funkmasten, oder Basisstationen

consume a lot of energy.

verbrauchen sehr viel Energie.

And mind you, most of the energy

Und die meiste Energie wird nicht

is not used to transmit the radio waves,

zur Übertragung der Radiowellen genutzt,

it is used to cool the base stations.

sondern um die Stationen zu kühlen.

Then the efficiency of such a base station

Daher liegt die Effektivität einer solchen Station

is only at about five percent.

nur bei ca. fünf Prozent.

And that creates a big problem.

Das ist ein großes Problem.

Then there's another issue that you're all aware of.

Und es gibt noch ein weiteres Problem, das Sie alle kennen.

You have to switch off your mobile phone

Sie müssen ihre Handys

during flights.

während Flügen ausschalten.

In hospitals, they are security issues.

In Krankenhäusern sind sie ein Sicherheitsrisiko.

And security is another issue.

Und Sicherheit ist ein weiteres Problem.

These radio waves penetrate through walls.

Die Radiowellen durchdringen Wände.

They can be intercepted,

Sie können abgefangen werden

and somebody can make use of your network

und jemand mit bösen Absichten kann

if he has bad intentions.

ihr Netzwerk ausnutzen.

So these are the main four issues.

Das sind die vier größten Probleme.

But on the other hand,

Andererseits haben wir

we have 14 billion of these:

14 Milliarden von diesen hier:

light bulbs, light.

Glühbirnen, Licht.

And light is part of the electromagnetic spectrum.

Und Licht ist ein Teil des elektromagnetischen Spektrums.

So let's look at this in the context

Sehen wir uns mal das gesamte

of the entire electromagnetic spectrum, where we have gamma rays.

elektromagnetische Spektrum an: Es gibt Gammastrahlen -

You don't want to get close to gamma rays, it could be dangerous.

Denen wollen Sie nicht zu nahe kommen, das kann gefährlich werden.

X-rays, useful when you go to hospitals.

Röntgenstrahlung - hilfreich im Krankenhaus.

Then there's ultraviolet light.

Ultraviolettes Licht -

it's good for a nice suntan,

gut für gebräunte Haut,

but otherwise dangerous for the human body.

aber ansonsten gefährlich für den menschlichen Körper.

Infrared --

Infrarot -

due to eye safety regulations,

kann man zum Schutz der Augen

can be only used with low power.

nur mit geringer Energie verwenden.

And then we have the radio waves, they have the issues I've just mentioned.

Und schließlich gibt es die Radiowellen, deren Probleme ich bereits genannt habe.

And in the middle there, we have this visible light spectrum.

Und dort in der Mitte haben wir das Spektrum der sichtbaren Strahlung.

It's light,

Das ist Licht,

and light has been around for many millions of years.

Licht existiert schon seit Millionen von Jahren.

And in fact, it has created us,

Tatsächlich hat es uns geschaffen,

has created life,

hat Leben geschaffen,

has created all the stuff of life.

alle Arten von Leben.

So it's inherently safe to use.

Es ist also natürlich sicher für uns.

And wouldn't it be great to use that for wireless communications?

Wäre es nicht toll, das für drahtlose Kommunikation zu nutzen?

Not only that, I compared [it to] the entire spectrum.

Doch nicht nur das, ich habe es mit dem gesamten Spektrum verglichen.

I compared the radio waves spectrum --

Ich habe die Größe des Spektrums

the size of it --

des sichtbaren Lichts mit der Größe

with the size of the visible light spectrum.

des Spektrums des sichtbaren Lichts verglichen.

And guess what?

Und wissen Sie was?

We have 10,000 times more of that spectrum,

Wir haben 10.000 mal mehr von diesem Spektrum

which is there for us to use.

zu unserer Verfügung.

So not only do we have this huge amount of spectrum,

Wir haben aber nicht nur dieses sehr weite Spektrum,

let's compare that with a number I've just mentioned.

vergleichen wir weitere Zahlen, die ich gerade genannt habe.

We have 1.4 million

Wir haben 1,4 Millionen

expensively deployed,

teure, ineffiziente

inefficient radio cellular base stations.

Mobilfunkmasten.

And multiply that by 10,000,

Multiplizieren Sie das mit 10.000,

then you end up at 14 billion.

dann bekommen Sie 14 Milliarden.

14 billion is the number of light bulbs installed already.

14 Milliarden ist die Zahl der weltweiten Glühbirnen.

So we have the infrastructure there.

Die Infrastruktur existiert also bereits.

Look at the ceiling, you see all these light bulbs.

Schauen sie an die Decke, Sie sehen diese Glühbirnen.

Go to the main floor, you see these light bulbs.

gehen Sie ins Erdgeschoss und Sie sehen diese Glühbirnen.

Can we use them for communications?

Können wir sie zur Kommunikation nutzen?

Yes.

Ja.

What do we need to do?

Was müssen wir dafür tun?

The one thing we need to do

Eine Sache die wir tun müssen

is we have to replace these inefficient incandescent light bulbs,

ist das Ersetzen der ineffizienten Birnen mit Glühdraht,

florescent lights,

fluoreszierendes Licht,

with this new technology of LED,

durch die neue Technologie der LED,

LED light bulbs.

LED Birnen.

An LED is a semiconductor. It's an electronic device.

Eine LED ist ein Halbleiter, ein elektronisches Bauteil.

And it has a very nice acute property.

Und sie hat eine sehr gute Eigenschaft.

Its intensity can be modulated

Ihre Intensität kann sehr schnell

at very high speeds,

variiert werden

and it can be switched off at very high speeds.

und sie kann sehr schnell ausgeschaltet werden.

And this is a fundamental basic property

Das ist eine grundlegende Eigenschaft,

that we exploit

die wir mit unserer

with our technology.

Technologie ausnutzen.

So let's show how we do that.

Ich zeige Ihnen, wie wir das gemacht haben.

Let's go to the closest neighbor to the visible light spectrum --

Schauen wir uns den nächsten Nachbarn des sichtbaren Lichts an -

go to remote controls.

schauen wir Fernbedienungen an.

You all know remote controls have an infrared LED --

Wie Sie alle wissen nutzen Fernbedienungen eine infrarote LED,

basically you switch on the LED, and if it's off, you switch it off.

die wir an und ausschalten.

And it creates a simple, low-speed data stream

Und sie sendet einen einfachen, langsam Datenstrom

in 10,000 bits per second,

mit 10.000 bis 20.000

20,000 bits per second.

Bits pro Sekunde.

Not usable for a YouTube video.

Ungeeignet für ein YouTube Video.

What we have done

Wir haben

is we have developed a technology

eine Technologie entwickelt,

with which we can furthermore

mit der wir die Fernbedienung

replace the remote control of our light bulb.

durch unsere Glühbirne ersetzen können.

We transmit with our technology,

Wir übertragen damit nicht nur

not only a single data stream,

einen Datenstrom,

we transmit thousands of data streams

sondern tausende Datenströme gleichzeitig

in parallel,

mit einer

at even higher speeds.

noch höheren Geschwindigkeit

And the technology we have developed --

Und diese von uns entwickelte Technologie

it's called SIM OFDM.

heißt SIM OFDM

And it's spacial modulation --

und räumliche Modulation.

these are the only technical terms, I'm not going into details --

Das sind die einzigen technischen Begriffe, ich werde das nicht weiter vertiefen -

but this is how we enabled

Aber so haben wir es ermöglicht

that light source

mit einer Lichtquelle

to transmit data.

Daten zu übertragen.

You will say, "Okay, this is nice --

Jetzt werden Sie sagen: "Okay, das ist ganz nett -

a slide created in 10 minutes."

eine Folie, die in zehn Minuten erstellt wurde."

But not only that.

Aber das ist nicht alles.

What we've done

Wir haben außerdem ein

is we have also developed a demonstrator.

Vorführgerät gebaut.

And I'm showing for the first time in public

Und das ist das erste mal, dass ich dieses

this visible light demonstrator.

Gerät öffentlich zeige.

And what we have here

Wir haben hier eine

is no ordinary desk lamp.

gewöhnliche Schreibtischlampe

We fit in an LED light bulb,

mit einer passenden LED Lampe

worth three U.S. dollars,

für 3 Dollar

put in our signal processing technology.

und unsere Signalverarbeitungseinheit.

And then what we have here is a little hole.

Und hier unten ist ein kleines Loch.

And the light goes through that hole.

Das Licht geht durch das Loch

There's a receiver.

zu einem Empfänger.

The receiver will convert these little, subtle changes in the amplitude

Der Empfänger wandelt die kleinen Änderungen der Amplitude

that we create there

die wir oben erzeugen

into an electrical signal.

in ein elektrisches Signal um.

And that signal is then converted back

Und dieses elektrische Signal wird dann in einen

to a high-speed data stream.

High-Speed Datenstrom zurückgewandelt.

In the future we hope

In Zukunft hoffen wir,

that we can integrate this little hole

diese kleinen Löcher in

into these smart phones.

Smartphones integrieren zu können

And not only integrate a photo detector here,

um nicht nur einen Lichtdetektor, sondern

but maybe use the camera inside.

vielleicht die eingebaute Kamera zu nutzen.

So what happens

Was passiert also,

when I switch on that light?

wenn ich das Licht anschalte?

As you would expect,

Wie man erwartet

it's a light, a desk lamp.

funktioniert sie als Schreibtischlampe.

Put your book beneath it and you can read.

Legen Sie ihr Buch darunter und Sie können es lesen.

It's illuminating the space.

Es erhellt den Raum.

But at the same time, you see this video coming up here.

Aber gleichzeitig sehen Sie dieses Video hier.

And that's a video, a high-definition video

Und das ist ein hochaufgelöstes Video,

that is transmitted through that light beam.

das durch diesen Lichtstrahl übertragen wird.

You're critical.

Sie sind kritisch

You think, "Ha, ha, ha.

und denken sich: "Ha ha ha,

This is a smart academic doing a little bit of tricks here."

da erlaubt sich ein schlauer Akademiker einen Scherz mit uns."

But let me do this.

Aber wenn ich das hier mache...

(Applause)

(Applaus)

Once again.

Und nochmal.

Still don't believe?

Glauben Sie es jetzt?

It is this light

Es ist dieses Licht,

that transmits this high-definition video in a split stream.

das das hochaufgelöste Video, diesen Datenstrom überträgt.

And if you look at the light,

Wenn Sie sich das Licht ansehen,

it is illuminating as you would expect.

leuchtet es wie erwartet.

You don't notice with your human eye.

Das menschliche Auge nimmt nicht war,

You don't notice the subtle changes in the amplitude

wie sich die Amplitude des Lichts

that we impress onto this light bulb.

leicht verändert.

It's serving the purpose of illumination,

Es erfüllt seinen Zweck der Beleuchtung,

but at the same time, we are able to transmit this data.

aber gleichzeitig sind wir in der Lage Daten zu übertragen.

And you see,

Und wie Sie sehen, kommt auch

even light from the ceiling comes down here to the receiver.

Licht von der Decke hier zum Empfänger.

It can ignore that constant light,

Dieses konstante Licht kann der Empfänger ignorieren,

because all the receiver's interested in

weil er nur an diesen leichten Änderungen

are subtle changes.

interessiert ist.

You also have a critical question now, and

Sie werden einige kritische Fragen stellen.

you say, "Okay,

Sie werden sagen: "Okay,

do I have to have the light on all the time

muss das Licht dauernd an seien,

to have this working?"

damit das funktioniert?"

And the answer is yes.

Die Antwort ist: Ja.

But, you can dim down the light

Aber Sie können das Licht dimmen,

to a level that it appears to be off.

so weit, dass es aus zu seien scheint.

And you are still able to transmit data -- that's possible.

Aber es ist immer noch möglich Daten zu übertragen.

So I've mentioned to you the four challenges.

Ich habe ihnen die vier Probleme genannt.

Capacity:

Kapazität:

We have 10,000 times more spectrum,

Wir haben 10.000 mal mehr Lichtspektrum,

10,000 times more LEDs

10.000 mal mehr LEDs,

installed already in the infrastructure there.

die bereits vorhanden sind.

You would agree with me, hopefully,

Sie werden mir hoffentlich zustimmen,

there's no issue of capacity anymore.

dass die Kapazität kein Problem mehr darstellt.

Efficiency:

Effektivität:

This is data through illumination --

Das ist Datenübertragung durch Beleuchtung -

it's first of all an illumination device.

in erster Linie ist es ein Leuchtmittel.

And if you do the energy budget,

Und wenn sie den Energieverbrauch berechnen

the data transmission comes for free --

ist die Datenübertragung kostenlos -

highly energy efficient.

sehr energieeffizient.

I don't mention the high energy efficiency

Die hohe Energieeffizienz dieser LED-Lampen

of these LED light bulbs.

lasse ich außen vor.

If the whole world would deploy them,

Wenn wir sie weltweit einsetzen würden,

you would save hundreds of power plants.

könnten wir uns hunderte Kraftwerke sparen.

That's aside.

Aber das nur nebenbei.

And then I've mentioned the availability.

Und ich habe über die Verfügbarkeit gesprochen.

You will agree with me that we have lights in the hospital.

Sie werden mir zustimmen, dass wir Licht in Krankenhäusern haben.

You need to see what to do.

Sie müssen schließlich sehen, was sie tun.

You have lights in an aircraft.

Wir haben Licht in Flugzeugen.

So it's everywhere in a day there is light.

Licht ist überall.

Look around. Everywhere. Look at your smart phone.

Schauen Sie sich um. Sehen Sie sich ihr Smartphone an,

It has a flashlight, an LED flashlight.

es hat einen Blitz, einen LED Blitz.

These are potential sources for high-speed data transmission.

Das sind potentielle Sender von High-Speed Datenübertragungen.

And then there's security.

Und zu guter Letzt haben wir die Sicherheit.

You would agree with me

Sie stimmen mir zu,

that light doesn't penetrate through walls.

dass Licht nicht durch Wände dringt.

So no one, if I have a light here,

Es kann also niemand - wenn ich hier ein Licht habe,

if I have secure data,

wenn ich hier meine sicheren Daten habe -

no one on the other side of this room through that wall

kann niemand auf der anderen Seite dieser Wand

would be able to read that data.

diese Daten lesen.

And there's only data where there is light.

Und es gibt nur Daten, wo es Licht gibt.

So if I don't want that receiver to receive the data,

Wenn ich also nicht will, dass dieser Empfänger

then what I could do,

Daten empfängt, kann ich das Licht

turn it away.

einfach wegdrehen.

So the data goes in that direction, not there anymore.

Das Licht geht jetzt in eine andere Richtung, nicht mehr nach unten.

Now we can in fact see where the data is going to.

Und wir können sogar sehen, wo die Daten hingehen.

So for me,

Für mich sind die

the applications of it,

möglichen Anwendungen im Moment

to me, are beyond imagination at the moment.

außerhalb meiner Vorstellungskraft.

We have had a century of very nice, smart application developers.

Wir hatten ein Jahrhundert voller intelligenter Anwendungsentwickler.

And you only have to notice, where we have light,

Und man muss ich nur im Klaren darüber sein, dass überall wo Licht ist

there is a potential way to transmit data.

eine potentielle Möglichkeit besteht Daten zu übertragen.

But I can give you a few examples.

Aber ich kann Ihnen einige Beispiele geben

Well you may see the impact already now.

die Ihnen schon jetzt die Auswirkungen zeigen können.

This is a remote operated vehicle

Das ist ein ferngesteuertes Fahrzeug

beneath the ocean.

am Meeresgrund.

And they use light to illuminate space down there.

Es nutzt Licht, um den Raum dort unten zu beleuchten.

And this light can be used to transmit wireless data

Und dieses Licht kann genutzt werden um Daten zu übertragen,

that these things [use] to communicate with each other.

damit diese Fahrzeuge untereinander kommunizieren können.

Intrinsically safe environments

In eigensicheren Umgebungen

like this petrochemical plant --

wie dieser petrochemischen Fabrik

you can't use RF, it may generate antenna sparks,

können Sie keine Radiowellen nutzen, weil sie Funken an Antennen erzeugen könnten,

but you can use light -- you see plenty of light there.

aber Sie können Licht nutzen, wir sehen viel Licht dort.

In hospitals,

In Krankenhäusern

for new medical instruments;

für neue medizinische Instrumente;

in streets for traffic control.

in den Straßen, zur Verkehrskontrolle.

Cars have LED-based headlights, LED-based back lights,

Autos haben LED-Scheinwerfer und LED-Rücklichter

and cars can communicate with each other

und können miteinander kommunizieren

and prevent accidents

und durch den Datenaustausch

in the way that they exchange information.

Unfälle verhindern.

Traffic lights can communicate to the car and so on.

Ampeln können mit den Autos kommunizieren und so weiter.

And then you have these millions of street lamps

Und dann gibt es noch Millionen von

deployed around the world.

Straßenlaternen auf der Welt.

And every street lamp could be a free access point.

Jede Straßenlaterne wäre ein kostenloser Zugriffspunkt.

We call it, in fact, a Li-Fi,

Wir nennen das Li-Fi,

light-fidelity.

light-fidelity.

And then we have these aircraft cabins.

Und in solchen Flugzeugkabinen

There are hundreds of lights in an aircraft cabin,

gibt es hunderte von Lichtern.

and each of these lights

Und jedes dieser Lichter

could be a potential transmitter of wireless data.

könnte ein Datenübertrager sein.

So you could enjoy your most favorite TED video

Sie könnten also auf ihrem langen Heimflug

on your long flight back home.

ihr liebstes TED Video anschauen.

Online life. So that is a vision, I think, that is possible.

Online leben, ich denke diese Vision ist realisierbar.

So, all we would need to do

Alles was wir tun müssen ist

is to fit a small microchip

in jede Lichtquelle einen

to every potential illumination device.

kleinen Mikrochip einzubauen.

And this would then combine

Und das würde zwei

two basic functionalities:

grundlegende Funktionen vereinen:

illumination and wireless data transmission.

Beleuchtung und drahtlose Datenübertragung.

And it's this symbiosis that I personally believe

Und das ist die Symbiose, die meiner Meinung nach

could solve the four essential problems

die vier größten Probleme der drahtlosen Übertragung

that face us in wireless communication these days.

lösen könnte, die uns bevorstehen.

And in the future,

Und in Zukunft

you would not only have 14 billion light bulbs,

hätten wir nicht nur 14 Milliarden Lampen,

you may have 14 billion Li-Fis

sie haben vielleicht auch 14 Milliarden Li-Fis

deployed worldwide --

weltweit verteilt.

for a cleaner, a greener,

Für eine sauberere, grünere

and even a brighter future.

und sogar hellere Zukunft.

Thank you.

Vielen Dank.

(Applause)

(Applaus)