Wireless data from every light bulb | Harald Haas

מתרגם: Ido Dekkers מבקר: Sigal Tifferet

Do you know

האם אתם יודעים

that we have 1.4 million cellular radio masts

שיש לנו 1.4 מיליון תרנים סלולריים

deployed worldwide?

פרושים בעולם?

And these are base stations.

ואלה תחנות בסיס.

And we also have

ויש לנו גם

more than five billion

יותר מחמישה מיליארד

of these devices here.

מהמכשירים האלה.

These are cellular mobile phones.

אלה טלפונים סלולריים.

And with these mobile phones,

ועם הטלפונים האלה,

we transmit more than 600 terabytes of data

אנחנו משדרים יותר מ600 טרהבייט של מידע

every month.

כל חודש.

This is a 6 with 14 zeroes --

זה 6 עם 14 אפסים --

a very large number.

מספר מאוד גדול.

And wireless communications

ותקשורת סלולרית

has become a utility

הפכה למצרך

like electricity and water.

כמו חשמל ומים.

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

אנחנו משתמשים בה כל יום. אנחנו משתמשים בה בחיים היום יומיים עכשיו --

in our private lives, in our business lives.

בחיים הפרטיים, בחיים העסקיים.

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

ואנחנו אפילו מתבקשים לפעמים, בעדינות,

to switch off the mobile phone at events like this

לכבות את המכשירים הניידים בארועים כמו זה

for good reasons.

מסיבה טובה.

And it's this importance

וזו החשיבות הזו

why I decided to look into the issues

שבגללה החלטתי לבדוק את הבעיות האלה

that this technology has,

שיש לטכנולוגיה הזו,

because it's so fundamental to our lives.

מפני שהיא כל כך מושרשת בחיינו.

And one of the issues is capacity.

ואחד מהנושאים הוא רוחב פס.

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

הדרך בה אנחנו משדרים מידע אלחוטי היא על ידי גלים אלקטרומגנטיים --

in particular, radio waves.

בעיקר, גלי רדיו.

And radio waves are limited.

וגלי רדיו הם מוגבלים.

They are scarce; they are expensive;

הם במחסור; הם יקרים;

and we only have a certain range of it.

ויש לנו רק תחום מסויים מהם.

And it's this limitation

וזו המגבלה הזו

that doesn't cope

שלא מתמודדת

with the demand of wireless data transmissions

עם הדרישה למשלוח מידע אלחוטי

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

ומספר הבייטים ומידע שאנחנו משדרים כל חודש.

And we are simply running out of spectrum.

ופשוט נגמר לנו הספקטרום.

There's another problem.

ויש עוד בעיה.

That is efficiency.

והיא יעילות.

These 1.4 million cellular radio masts, or base stations,

1.4 מליון התרנים האלה, או תחנות בסיס,

consume a lot of energy.

צורכות המון אנרגיה.

And mind you, most of the energy

ושימו לב, רוב האנרגיה

is not used to transmit the radio waves,

לא בשימוש לשידור גלי הרדיו,

it is used to cool the base stations.

היא בשימוש כדי לקרר את תחנות הבסיס.

Then the efficiency of such a base station

אז היעילות של תחנת בסיס כזו

is only at about five percent.

היא רק חמישה אחוזים.

And that creates a big problem.

וזה יוצר בעיה גדולה.

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

אז יש בעיה נוספת שכולכם מודעים לה.

You have to switch off your mobile phone

אתם צריכים לכבות את הסלולרי

during flights.

בטיסות.

In hospitals, they are security issues.

בבתי חולים, יש בעיות בטיחותיות.

And security is another issue.

וביטחון הוא דבר נוסף.

These radio waves penetrate through walls.

גלי הרדיו האלה חודרים דרך קירות.

They can be intercepted,

אפשר ליירט אותם,

and somebody can make use of your network

ומישהו יכול להשתמש ברשת

if he has bad intentions.

אם יש לו כוונות רעות.

So these are the main four issues.

אז אלה ארבע הבעיות העיקריות.

But on the other hand,

אבל מצד שני,

we have 14 billion of these:

יש לנו 14 מיליארד מאלה:

light bulbs, light.

נורות, אור.

And light is part of the electromagnetic spectrum.

ואור הוא חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי.

So let's look at this in the context

אז בואו נביט בזה בהקשר של

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

כל הספקטרום האלקטרומגנטי, שם יש לנו קרני גאמה.

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

אתם לא רוצים להתקרב לקרני גאמה, זה יכול להיות מסוכן.

X-rays, useful when you go to hospitals.

קרני רנטגן, יעיל כשאתם בבתי חולים.

Then there's ultraviolet light.

אז יש אור אולטרה סגול.

it's good for a nice suntan,

זה טוב לשיזוף טוב,

but otherwise dangerous for the human body.

אבל חוץ מזה מסוכן לגוף האנושי.

Infrared --

אינפרא אדום --

due to eye safety regulations,

בגלל תקנות בטיחות,

can be only used with low power.

אפשר להשתמש בו רק בעוצמות נמוכות.

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

ואז יש לנו את גלי הרדיו, להם יש את הבעיות שהזכרתי.

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

ובאמצע שם, יש את ספקטרום האור הנראה.

It's light,

זה אור,

and light has been around for many millions of years.

ואור היה איתנו מיליוני שנים.

And in fact, it has created us,

ולמעשה, הוא יצר אותנו,

has created life,

יצר את החיים,

has created all the stuff of life.

יצר את כל החומר החי.

So it's inherently safe to use.

אז הוא בטוח לשימוש.

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

וזה היה גדול אם היינו יכולים להשתמש בו לתקשורת אלחוטית.

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

לא רק זה, השוותי אותו לכל הספקטרום.

I compared the radio waves spectrum --

השוותי את ספקטרום גלי הרדיו --

the size of it --

גודלו --

with the size of the visible light spectrum.

עם גודל ספקטרום האור הנראה.

And guess what?

ונחשו מה?

We have 10,000 times more of that spectrum,

יש לנו פי 10000 יותר מהספקטרום הזה,

which is there for us to use.

שנמצא שם לשימושנו.

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

אז לא רק שיש לנו ספקטרום ענק כזה,

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

בואו נשווה אותם עם המספר שהזכרתי.

We have 1.4 million

יש לנו 1.4 מיליון

expensively deployed,

תרני רדיו לא יעילים

inefficient radio cellular base stations.

שנפרשו ביוקר.

And multiply that by 10,000,

ותכפילו את זה ב10000,

then you end up at 14 billion.

אתם מקבלים 14 מיליארד.

14 billion is the number of light bulbs installed already.

14 מיליארד זה מספר הנורות שכבר מותקנות.

So we have the infrastructure there.

אז יש לנו את התשתית כבר.

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

תביטו בתקרה, אתם רואים את כל הנורות האלה.

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

לכו לקומה הראשית, אתם רואים את הנורות האלה.

Can we use them for communications?

האם אנחנו יכולים להשתמש בהן לתקשורת?

Yes.

כן.

What do we need to do?

מה אנחנו צריכים לעשות?

The one thing we need to do

הדבר האחד שאנחנו צריכים לעשות

is we have to replace these inefficient incandescent light bulbs,

הוא להחליף את נורות הליבון הלא יעילות,

florescent lights,

נורות הניאון,

with this new technology of LED,

עם טכנולוגית הLED החדשה,

LED light bulbs.

נורות LED.

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

LED הוא מוליך למחצה. זה מכשיר אלקטרוני.

And it has a very nice acute property.

ויש לו תכונה קריטית אחת נחמדה.

Its intensity can be modulated

בהירותו יכולה להיות מאופננת

at very high speeds,

במהירות גבוהה מאוד,

and it can be switched off at very high speeds.

ואפשר לכבות אותה בתדירות גבוהה מאוד.

And this is a fundamental basic property

וזו תכונה בסיסית

that we exploit

שבחנו

with our technology.

עם הטכנולוגיה שלנו.

So let's show how we do that.

אז הבה נראה איך עשינו זאת.

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

בואו נלך אל השכן הקרוב ביותר של האור הנראה --

go to remote controls.

נלך לשלטים.

You all know remote controls have an infrared LED --

כולכם יודעים שלשלטים יש LED אינפרא אדום --

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

בעיקרון אתם מדליקים את הLED, והוא כבוי, אתם מכבים אותו.

And it creates a simple, low-speed data stream

וזה יוצר זרם מידע פשוט ואיטי

in 10,000 bits per second,

ב10000 ביטים לשניה,

20,000 bits per second.

20000 ביט לשניה.

Not usable for a YouTube video.

לא שמיש לסרטון יוטיוב.

What we have done

מה שעשינו

is we have developed a technology

זה לפתח טכנולוגיה

with which we can furthermore

איתה אנחנו יכולים

replace the remote control of our light bulb.

להחליף את השלט של הנורה שלנו.

We transmit with our technology,

אנחנו משדרים עם הטכנולוגיה שלנו,

not only a single data stream,

לא רק זרם יחיד של מידע,

we transmit thousands of data streams

אנחנו משדרים אלפי זרמים של מידע

in parallel,

במקביל,

at even higher speeds.

בקצבים גבוהים בהרבה.

And the technology we have developed --

והטכנולוגיה שפיתחנו --

it's called SIM OFDM.

נקראת SIM OFDM.

And it's spacial modulation --

וזה איפנון מיוחד --

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

אלה המונחים הטכניים היחידים, אני לא אכנס לפרטים --

but this is how we enabled

אבל כך אפשרנו

that light source

למקור האור

to transmit data.

לשדר מידע.

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

אתם תאמרו, "אוקיי, זה נחמד --

a slide created in 10 minutes."

שקופית שנוצרת ב10 דקות."

But not only that.

אבל לא רק זה.

What we've done

מה שעשינו

is we have also developed a demonstrator.

זה לפתח מדגים.

And I'm showing for the first time in public

ואני מראה בפעם הראשונה בציבור

this visible light demonstrator.

את המדגים באור נראה.

And what we have here

ומה שיש לנו כאן

is no ordinary desk lamp.

זו מנורת שולחן רגילה.

We fit in an LED light bulb,

התקנו בה נורת LED,

worth three U.S. dollars,

שעולה 3 דולר,

put in our signal processing technology.

והוספנו את טכנולוגית עיבוד הסיגנל שלנו.

And then what we have here is a little hole.

ואז מה שיש לנו פה זה חור קטן.

And the light goes through that hole.

והאור עובר דרך החור.

There's a receiver.

שם המקלט.

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

המקלט ימיר את השינויים הקטנים והעדינים האלה במשרע

that we create there

שיצרנו כאן

into an electrical signal.

לסיגנל חשמלי.

And that signal is then converted back

והסיגנל החשמלי הזה מומר בחזרה

to a high-speed data stream.

לזרם מידע מהיר.

In the future we hope

בעתיד אנחנו מקווים

that we can integrate this little hole

שנוכל לשלב את החור הקטן הזה

into these smart phones.

לתוך הסלולריים החכמים האלה.

And not only integrate a photo detector here,

ולא רק לשלב גלאי אור פה,

but maybe use the camera inside.

אלא אולי להשתמש במצלמה שבפנים.

So what happens

אז מה קורה

when I switch on that light?

כשאני מדליק את האור?

As you would expect,

כמו שאתם מצפים,

it's a light, a desk lamp.

זה אור, מנורת שולחן.

Put your book beneath it and you can read.

שימו את הספר מתחתיה ואתם יכולים לקרוא.

It's illuminating the space.

זה מאיר את המקום.

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

אבל באותו זמן, אתם רואים את הוידאו הזה עולה פה.

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

וזה וידאו, וידאו בהפרדה גבוהה

that is transmitted through that light beam.

שמשודר דרך קרן אור.

You're critical.

אתם ביקורתיים.

You think, "Ha, ha, ha.

אתם אומרים, "הא הא הא.

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

זה אקדמאי חכם שעושה טריקים פה."

But let me do this.

אבל תנו לי לעשות את זה.

(Applause)

(מחיאות כפיים)

Once again.

שוב.

Still don't believe?

עדיין לא מאמינים?

It is this light

זה אור

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

שמשדר וידאו בהפרדה גבוהה בזרם מפוצל.

And if you look at the light,

ואם תביטו באור,

it is illuminating as you would expect.

הוא מאיר כמו שאתם מצפים.

You don't notice with your human eye.

אתם לא מבחינים בעין אנושית.

You don't notice the subtle changes in the amplitude

אתם לא מבחינים בשינוי העדין במשרע

that we impress onto this light bulb.

שאנחנו מטמיעים לתוך הנורה.

It's serving the purpose of illumination,

זה משרת את מטרת התאורה,

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

אבל באותו זמן, אנחנו מסוגלים לשדר מידע.

And you see,

ואתם יכולים לראות,

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

אפילו אור מהתקרה יורד לכאן למקלט.

It can ignore that constant light,

הוא יכול להתעלם מהאור הקבוע הזה,

because all the receiver's interested in

מפני שהמקלט מעוניין רק

are subtle changes.

בשינויים העדינים.

You also have a critical question now, and

יש לכם גם שאלה קריטית לפעמים.

you say, "Okay,

אתם אומרים, "אוקיי,

do I have to have the light on all the time

האם אני צריך שהאור יאיר כל הזמן

to have this working?"

כדי שזה יעבוד?"

And the answer is yes.

והתשובה היא כן.

But, you can dim down the light

אבל, אתם יכולים לעמעם את האור

to a level that it appears to be off.

לרמה שהוא נראה כבוי.

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

ואתם יכולים לשדר עדיין מידע -- זה אפשרי.

So I've mentioned to you the four challenges.

אז הזכרתי לכם את ארבעת האתגרים.

Capacity:

כמות:

We have 10,000 times more spectrum,

יש לנו יותר מפי 10000 יותר ספקטרום,

10,000 times more LEDs

פי 10000 יותר לדים

installed already in the infrastructure there.

שמותקנים כבר בתשתית.

You would agree with me, hopefully,

אתם תסכימו איתי בתקווה,

there's no issue of capacity anymore.

שאין בעיה של כמות יותר.

Efficiency:

יעילות:

This is data through illumination --

זה מידע דרך תאורה --

it's first of all an illumination device.

זה קודם כל מכשיר הארה.

And if you do the energy budget,

ואם תחשבו את תקציב האנרגיה,

the data transmission comes for free --

שידור המידע מגיע בחינם --

highly energy efficient.

מאוד יעיל אנרגטית.

I don't mention the high energy efficiency

אני לא מזכיר את היעילות הגבוהה

of these LED light bulbs.

של נורות הLED עצמן.

If the whole world would deploy them,

אם כל העולם יתקין אותן,

you would save hundreds of power plants.

הייתם חוסכים מאות תחנות כוח.

That's aside.

זה שולי.

And then I've mentioned the availability.

ואז הזכרתי את הזמינות.

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

אתם תסכימו איתי שיש לנו אור בבתי חולים.

You need to see what to do.

אתם צריכים לראות מה אתם עושים.

You have lights in an aircraft.

יש לכם אורות במטוס.

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

אז בכל מקום יש אור.

Look around. Everywhere. Look at your smart phone.

הביטו סביב. בכל מקום. הביטו בטלפונים החכמים שלכם.

It has a flashlight, an LED flashlight.

יש לו פנס, פנס LED.

These are potential sources for high-speed data transmission.

אלה מקורות פוטנציאליים לשידור מידע בקצבים גבוהים.

And then there's security.

ואז יש את עניין האבטחה.

You would agree with me

אתם תסכימו איתי

that light doesn't penetrate through walls.

שאור לא חודר קירות.

So no one, if I have a light here,

אז אף אחד, אם יש לכם אור שם,

if I have secure data,

אם יש לי מידע מאובטח,

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

אף אחד בצד השני של החדר דרך הקיר

would be able to read that data.

לא יוכל לקרוא את המידע.

And there's only data where there is light.

ויש רק מידע כשיש אור.

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

אז אם אתם לא רוצים שהמקלט יקבל מידע,

then what I could do,

אז מה שאוכל לעשות,

turn it away.

להפנות אותו לכיוון אחר.

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

אז המידע עובר בכיוון ההוא, לא לשם יותר.

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

עכשיו אנחנו יכולים למעשה לראות לאן הולך המידע.

So for me,

אז בשבילי,

the applications of it,

ההשלכות של זה

to me, are beyond imagination at the moment.

לדעתי, הן מעבר לכל דימיון כרגע.

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

היתה לנו מאה של מפתחי אפליקציות חכמות ונחמדות.

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

ואתם רק צריכים לשים לב, היכן שיש לנו אור,

there is a potential way to transmit data.

יש פוטנציאל לשדר מידע.

But I can give you a few examples.

אבל אני יכול לתת לכם כמה דוגמאות.

Well you may see the impact already now.

ובכן אתם כבר יכולים לראות את ההשלכות.

This is a remote operated vehicle

זה רכב מופעל מרחוק

beneath the ocean.

מתחת לאוקיינוס.

And they use light to illuminate space down there.

והם משתמשים באור להאיר את המרחב שם למטה.

And this light can be used to transmit wireless data

והאור הזה יכול לשמש לשדר מידע אלחוטי

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

שהדברים האלה משתמשים בו כדי לתקשר אחד עם השני.

Intrinsically safe environments

בסביבות בטוחות באופן מהותי

like this petrochemical plant --

כמו מפעלים פטרוכימיים --

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

אי אפשר להשתמש בגלי רדיו, זה יכול ליצור ניצוצות באנטנה,

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

אבל אפשר להשתמש באור -- אתם רואים הרבה אור שם.

In hospitals,

בבתי חולים,

for new medical instruments;

למכשירים הרפואיים החדשים;

in streets for traffic control.

ברחובות לבקרת תנועה.

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

למכוניות יש פנסי חזית מבוססי LED, פנסים אחוריים מבוססי LED,

and cars can communicate with each other

ומכוניות יכולות לתקשר אחת עם השניה

and prevent accidents

ולמנוע תאונות

in the way that they exchange information.

בדרך בה הן מחליפות מידע.

Traffic lights can communicate to the car and so on.

רמזורים יכולים לתקשר עם המכוניות ולהיפך.

And then you have these millions of street lamps

ואז יש לכם את מיליוני מנורות הרחוב

deployed around the world.

שפרושות מסביב לעולם.

And every street lamp could be a free access point.

וכל מנורת רחוב תהיה נקודת גישה חופשית.

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

אנחנו קוראים לזה למעשה Li-Fi,

light-fidelity.

רשת-אור.

And then we have these aircraft cabins.

ואז יש לנו את קבינות המטוסים האלו.

There are hundreds of lights in an aircraft cabin,

יש מאות נורות בקבינת מטוס,

and each of these lights

וכל אחת מהנורות האלה

could be a potential transmitter of wireless data.

יכולה להיות משדר פוטנציאלי למידע.

So you could enjoy your most favorite TED video

אז תוכלו להנות מהרצאת TED האהובה עליכם

on your long flight back home.

בטיסה הארוכה בחזרה הביתה.

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

החיים המקוונים. אז אני חושב שזה חזון אפשרי.

So, all we would need to do

אז, כל שנצטרך לעשות

is to fit a small microchip

זה לשים שבב קטן

to every potential illumination device.

לכל מכשיר תאורה.

And this would then combine

וזה ישלב

two basic functionalities:

שתי מטרות:

illumination and wireless data transmission.

תאורה ותקשורת אלחוטית.

And it's this symbiosis that I personally believe

וזו הסימביוזה הזו שאני אישית מאמין

could solve the four essential problems

שיכולה לפתור את ארבע הבעיות הבסיסיות

that face us in wireless communication these days.

שניצבות לפנינו בתקשורת אלחוטית כיום.

And in the future,

ובעתיד,

you would not only have 14 billion light bulbs,

לא רק יהיו לכם 14 מיליארד נורות,

you may have 14 billion Li-Fis

יהיו לכם 14 מיליארד Li-Fi,

deployed worldwide --

פרושות בכל העולם --

for a cleaner, a greener,

לעתיד נקי יותר, ירוק יותר,

and even a brighter future.

ואפילו מואר יותר.

Thank you.

תודה לכם.

(Applause)

(מחיאות כפיים)