无线通信系统中的调制解调基础(二)：相位调制
宽带无线通信系统中的信号调制与解调技术研究
宽带无线通信系统中的信号调制与解调技术研究概述：宽带无线通信系统的信号调制与解调技术是保证高速率、高带宽、高可靠性的无线通信的基础。
本文将介绍宽带无线通信系统中的信号调制技术和解调技术的原理和应用，以及相关的研究进展。
一、信号调制技术1. 调制技术的基本概念调制技术是将低频信号（基带信号）转换为高频信号（载波信号）的过程。
在宽带无线通信系统中，常用的调制技术包括幅度调制、频率调制和相位调制。
这些调制技术可以通过改变信号的幅度、频率或相位来实现信息的传输和编码。
2. 常用调制技术（1）幅度调制(AM)：幅度调制是将基带信号的幅度变化对应到载波的幅度上来表示信息的技术。
AM调制在宽带无线通信系统中被广泛应用，尤其在无线电广播和移动通信领域。
（2）频率调制(FM)：频率调制是将基带信号的频率变化对应到载波的频率上来表示信息的技术。
FM调制在宽带无线通信系统中通常用于音频和视频信号的传输以及广播电台和电视台的发射。
（3）相位调制(PM)：相位调制是将基带信号的相位变化对应到载波的相位上来表示信息的技术。
相位调制在宽带无线通信系统中常用于数字通信和数据传输，如调制解调器、无线局域网以及4G和5G 移动通信系统。
3. 调制技术的性能评价对于宽带无线通信系统中的调制技术，性能评价是重要的研究内容之一。
常见的性能评价参数包括误码率（BER）、调制解调器的灵敏度和带宽效率等。
研究者们通过改进调制技术和优化传输方案来提高系统的性能。
二、信号解调技术1. 解调技术的基本概念解调技术是将高频信号（载波信号）还原为低频信号（基带信号）的过程。
在宽带无线通信系统中，解调技术是将调制信号恢复为原始信息的关键。
常见的解调技术包括检波技术（包络检波、同步检波）和解调算法（数字信号处理）等。
2. 常用解调技术（1）包络检波：包络检波是将调制信号的包络还原为基带信号的过程。
在宽带无线通信系统中，包络检波常用于幅度调制和频率调制解调中。
第二章 无线通信中的调制技术与
调频信号的产生
直接法： 载波的频率直接随着输入的调制信号的 变化而改变； 间接法 先用平衡调制器产生一个窄带调频信号， 然后通过倍频的方式把载波频率提高到 需要的水平。
F动通信中，调频是更为普 遍应用的角度调制，这是因为FM不管信 号的幅度如何，抗干扰能力都很强; 而在调幅中，正如前面所说的那样，抗 干扰能力要弱得多。
0
1
0
ASK调幅 FSK调频
PSK调相
编码技术
为什么要采用编码技术 减小信源信息的冗余（信源编码：无损 编码/有损编码） 增强信息传输中的抗干扰性（信道编码： 纠错码） 保证信息传输中的保密性（加密编码）
语音编码与语音识别
移动通信中的信源编码技术
在数字通信中，通信质量比模拟通信时有了很 大提高； 但在移动通信中，由于信道环境等因素的影响， 必须采用其它方法来提高传输质量，所以要采 用编码技术；
调制 vs. 解调
调制是通过改变高频载波的幅度、相位 或者频率，使其随着发送者（信源）基 带信号幅度的变化而变化来实现的； 而解调则是将基带信号从载波中提取出 来以便预定的接收者（信宿）处理和理 解的过程。
调制在无线通信的作用
频谱搬移：将调制信号转换成适合于传 播的已调信号； 调制方式往往决定一个通信系统的性能
5. 外层空间传播
电磁波由地面发出（或返回），经低空 大气层和电离层而到达外层空间的传播， 如卫星传播，宇宙探测等均属于这种远 距离传播 电磁波穿过电离层外面的空间的传播， 基本上当作自由空间中的传播。
各个波段的传播特点
1. 长波传播的特点 长波的波长很长(传播比较稳定) 地面的凹凸与其他参数的变化对长波 传播的影响可以忽略； 长波穿入电离层的深度很浅，受电离 层变化的影响很小，电离层对长波的吸 收也不大。 能以表面波或天波的形式传播
无线通信实现高速数据传输的核心技术
无线通信实现高速数据传输的核心技术随着科技的快速发展，无线通信技术逐渐成为现代社会中不可或缺的一部分。
在我们日常生活中，无线通信已经广泛应用于移动通信、无线网络以及物联网等领域。
其中，实现高速数据传输是无线通信技术发展的重要方向。
本文将介绍实现高速数据传输的核心技术，包括调制与解调技术、多天线技术以及高级调制技术。
一、调制与解调技术调制与解调技术是实现无线通信高速数据传输的基础。
调制技术将要传输的信号转化为适合无线传输的高频信号，而解调技术则将接收到的高频信号转换为原始信号。
常见的调制技术包括调频调制、调幅调制和调相调制。
调频调制利用不同频率的载波信号来表示不同的二进制数据，调幅调制则通过改变载波信号的振幅来表示不同的二进制数据，调相调制则利用改变载波信号的相位来表示不同的二进制数据。
解调技术则是调制技术的逆过程，将接收到的高频信号转换为原始信号。
二、多天线技术多天线技术是实现无线通信高速数据传输的关键技术之一。
通过增加发射和接收的天线数量，多天线技术可以实现空间多路复用和空间分集，从而提高数据传输的速率和可靠性。
在多输入多输出（MIMO）系统中，发射端和接收端配对的多个天线可以同时传输和接收多个数据流，大大增加了数据传输的效率。
同时，多天线技术还可以利用空间分集技术来增强信号的抗干扰能力和覆盖范围。
三、高级调制技术高级调制技术是实现无线通信高速数据传输的另一个关键技术。
传统的调制技术如QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）和16QAM （16 Quadrature Amplitude Modulation）无法满足更高速的数据传输需求。
因此，研究人员提出了更高级的调制技术，如64QAM和256QAM。
这些高级调制技术可以在单位时间内传输更多的比特，从而实现更高的数据传输速率。
同时，高级调制技术对信号质量和信道条件的要求也更高，对通信系统的设计和优化提出了更高的要求。
相位调制锁模的主方程
相位调制锁模的主方程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：相位调制锁模(PLL)是一种常见的控制系统，用于将输入信号与本地振荡器同步。
这种技术被广泛应用于通信系统、雷达系统、数字时钟等领域。
相位调制锁模通过调节本地振荡器的频率和相位，使其与输入信号保持在一定的相位关系，从而实现信号的锁定和跟踪。
相位调制锁模的主要功能是实现频率和相位的同步。
在信号处理过程中，输入信号的频率和相位可能会发生变化，这就需要通过控制本地振荡器的频率和相位来实现信号的同步。
相位调制锁模可以实现信号的同步和跟踪，提高系统的性能和稳定性。
相位调制锁模的主要方程可以表示为：\Phi(t) = K_P \cdot \Delta\theta(t) + K_I \cdot \int_0^t\Delta\theta(\tau) d\tau + K_D \cdot \frac{d\Delta\theta(t)}{dt}\Phi(t)表示PLL的输出信号相位，\Delta\theta(t)表示输入信号相位和本地振荡器相位之间的差距，K_P、K_I、K_D分别表示比例、积分和微分系数。
这个方程描述了相位调制锁模的控制机制，通过调节控制系数K_P、K_I、K_D，可以实现对输入信号的同步跟踪。
相位调制锁模的工作原理主要分为两个步骤：锁定和跟踪。
在锁定阶段，PLL会迅速调整本地振荡器的相位和频率，使其与输入信号同步。
一旦锁定成功，PLL就会进入跟踪阶段，继续调节本地振荡器的相位和频率，以保持与输入信号的同步。
第二篇示例：相位调制锁模(PLL)是一种常用的信号同步技术，用于将输入信号的相位与一个参考信号进行对齐。
PLL广泛应用于通信、控制系统、数字信号处理等领域，在实际应用中有着重要的作用。
相位调制锁模的主要任务是调整输出信号的相位和频率，使其与输入信号的相位和频率同步。
相位调制锁模在数字通信系统中广泛应用，以确保传输的准确性和可靠性。
PLL系统通常包括相位检测器、环路滤波器、数字控制器和振荡器等组成部分。
无线通信系统中的调制解调技术使用教程
无线通信系统中的调制解调技术使用教程无线通信已经成为当今社会必不可少的一项技术，它在我们的生活中起到了至关重要的作用。
调制解调技术是无线通信系统中的核心技术之一，它用于在无线信道中传输数据。
本文将为您介绍无线通信系统中调制解调技术的基本原理和使用方法，帮助您更好地了解和应用这项技术。
首先，让我们来了解调制解调技术的基本原理。
调制是将要传送的信息信号转化为适合在无线信道中传输的载波信号的过程，而解调则是将接收到的调制信号转化为原始信息信号的过程。
调制解调技术通过改变载波信号的某些特性来实现信号的传输和恢复。
在无线通信系统中，常用的调制方式有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）等。
幅度调制是将要传输的信号的幅度变化应用于Carrier波，通过不同的幅度值来表示不同的信息。
频率调制是根据信号的频率变化来调制载波信号，频率越高表示信号幅度越大，频率越低表示信号幅度越小。
相位调制是根据信号的相位变化来调制载波信号，相位的改变表示信息的变化。
不同的调制方式适用于不同的通信场景，可以根据需要选择合适的调制方式。
接下来，我们将介绍无线通信系统中调制解调技术的使用方法。
首先是调制的过程。
调制的第一步是对原始信号进行采样和量化处理，使其转变为离散的数字信号。
然后，通过将数字信号应用于载波信号的特定参数（幅度、频率或相位）来实现调制。
调制完成后的信号通过天线发送到空中的无线信道中进行传输。
解调的过程与调制相反，首先是接收由天线接收到的调制信号，然后通过解调器将其转换为原始信号。
解调器会根据调制信号中的特定参数（幅度、频率或相位）来还原出原始信号。
最后，解调的原始信号经过反量化和重构处理，恢复为连续的模拟信号。
除了基本的调制解调技术之外，无线通信系统中还应用了一些改进和增强的技术来提高通信质量和速度。
例如，正交频分复用（OFDM）技术将信号分为多个相互正交的子信道进行传输，有效地提高了频谱利用率和抗多径干扰能力。
通信系统中的调制与解调原理
通信系统中的调制与解调原理通信系统是人类社会中不可或缺的一部分，它通过调制与解调技术实现信息的传输和接收。
本文将探讨通信系统中的调制与解调原理，帮助读者更好地理解这一关键技术。
一、调制的概念与原理调制是指将要传输的信息信号与载波信号相结合，使之适应信道传输的过程。
调制的目的是将基带信号转换为高频信号，以便在传输过程中受到较小的干扰。
常见的调制方式有振幅调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)等。
其中，AM调制是通过改变载波的振幅来传输信息信号，FM调制是通过改变载波的频率，而PM调制则是通过改变载波的相位。
调制过程中，信息信号会改变载波的某个或多个特性，从而产生调制后的信号。
当调制信号解调回到基带信号时，需要使用解调技术。
二、解调的概念与原理解调是指将调制信号恢复为原始信息信号的过程。
解调旨在消除调制过程中引入的干扰，使接收到的信号能够准确还原为原始的信息信号。
解调的关键技术是根据调制信号中所包含的特定信息，恢复出原始信号。
常见的解调方式包括振幅解调(AM)、频率解调(FM)和相位解调(PM)等。
振幅解调是通过提取载波信号的振幅变化来还原信息信号，而频率解调则是通过提取载波信号的频率变化。
相位解调则是通过提取载波信号的相位变化来还原信息信号。
三、调制解调器的作用与特点调制解调器是实现调制与解调的核心设备。
它在发送端将信息信号进行调制，然后在接收端将调制信号解调恢复为原始信息信号。
调制解调器具有多种特点，如高度集成、实时性强、抗干扰能力高等。
它能够适应不同的调制方式和传输环境，确保信号的准确传输和接收。
在通信系统中，调制解调器在数字信号与模拟信号之间进行转换，使得数字信号可以通过传统的模拟信号传输介质进行传输，实现数字通信。
四、调制解调技术的应用调制解调技术在通信领域有着广泛的应用。
它不仅在传统的有线通信中起到至关重要的作用，也在无线通信、光纤通信等领域发挥着重要的作用。
在无线通信中，调制解调技术使得信息信号能够通过空中传输，实现手机、卫星通信等功能。
psk dpsk调制解调的工作原理
一、概述在无线通信系统中，调制技术起着至关重要的作用。
其中，相位调制(PSK)和差分相位调制(DPSK)是常见的调制方式，它们能够在保持带宽效率的同时提供良好的抗干扰性能。
本文将重点介绍PSK和DPSK调制的工作原理。
二、PSK调制的工作原理1. 基本原理PSK调制是一种将数字信号转换为相位信号的调制方式。
在PSK调制中，数字信号被映射到不同的相位角度上，从而实现信号的调制。
对于二进制数字信号"0"和"1"，可以分别映射到相角为0°和180°的两个相位上。
PSK调制可以实现二进制数字信号的传输。
2. 调制过程PSK调制的过程包括相位映射和载波调制两个主要步骤。
数字信号经过映射器将其映射到不同的相位上。
经过调制器与正弦载波相乘，得到调制后的信号。
经过滤波等环节，得到最终的PSK调制信号。
3. 解调过程PSK调制信号在接收端经过解调器解调时，需要进行相位解调。
解调器通过比较接收到的信号与参考信号的相位差来恢复数字信号。
在恢复数字信号的过程中，可以利用差分相位解调(Demodulation)等技术来提高系统的鲁棒性。
三、DPSK调制的工作原理1. 基本原理DPSK调制是相位调制的一种特殊形式，其特点在于仅传输相位变化的信息。
在DPSK调制中，相位调制比较的是连续时间的相位变化，而不是绝对的相位大小。
这种特性使得DPSK调制对于相位偏移和载波漂移具有较好的鲁棒性。
2. 调制过程DPSK调制的过程与PSK调制类似，主要包括映射和调制两个步骤。
不同之处在于，DPSK调制器比较的是相邻信号之间的相位差，而不是绝对的相位角度。
这种方式使得DPSK调制对于载波相位偏移具有一定的免疫能力。
3. 解调过程DPSK调制信号在接收端经过解调器解调时，也需要进行相位解调。
与PSK调制类似，在解调过程中可以利用相位差检测和信号重采样等技术来恢复数字信号，提高系统的性能。
无线通信系统的一般模型
无线通信系统的一般模型无线通信是一种在空气中传输信息的方式，它使用电磁波作为信息的载体，传输速度快，覆盖面广，成本低廉，因此在现代社会中得到了广泛的应用。
无线通信系统是一种由多种设备和技术组成的复杂系统，它包括无线电发射机、接收机、天线、信道、调制解调器、编码解码器等多个部分。
本文将从一般模型的角度来介绍无线通信系统的基本组成部分和工作原理。
一、无线通信系统的基本组成部分1. 无线电发射机无线电发射机是无线通信系统中的核心部件，它将信息转换为电磁波，并将其发送到空气中。
无线电发射机的主要组成部分包括振荡器、放大器和天线。
振荡器产生高频电信号，放大器将其放大到足以驱动天线的电平，天线则将电信号转换为电磁波并向外辐射。
2. 无线电接收机无线电接收机是无线通信系统中的另一个核心部件，它接收从空气中传来的电磁波，并将其转换为原始的电信号。
无线电接收机的主要组成部分包括天线、放大器、混频器和解调器。
天线接收电磁波，并将其转换为电信号，放大器将其放大到足以驱动混频器的电平，混频器将高频信号和本地振荡器的信号混合，生成中频信号，解调器将中频信号解调为原始的电信号。
3. 天线天线是无线通信系统的重要组成部分，它负责将电信号转换为电磁波，并将其辐射到空气中。
天线的种类繁多，包括单极天线、双极天线、方向性天线、宽带天线等。
不同的天线有不同的特点和应用场合，选用合适的天线对于无线通信系统的性能和覆盖范围都有重要的影响。
4. 信道信道是无线通信系统中的一个重要概念，它指的是电磁波在空气中传输的路径。
由于空气介质的不均匀性和复杂性，电磁波在传输过程中会发生衰减、散射、多径效应等现象，从而影响接收信号的质量和可靠性。
为了克服这些干扰，无线通信系统需要采用一系列的技术手段，如频率选择性衰减、信号编码、信号加密等。
5. 调制解调器调制解调器是无线通信系统中的一个重要组成部分，它将数字信号转换为模拟信号，并将其发送到空气中。
调制解调器的主要功能是将数字信号转换为模拟信号，以便于在空气中传输。
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无线通信系统中的调制解调基础（二）：相位调制
作者：Ian Poole
Adrio Communications Ltd
第二部分解释了相移键控（PSK）的多种形式，包括双相相移键控（BPSK），四相相移键控（QPSK），高斯滤波最小相移键控（GMSK），和目前流行的正交幅度调制（QAM）。
第一部分解释了调幅（AM）和调频（FM）技术，并介绍了其优点和缺点。
第三部分将会介绍直接序列扩频（DSSS）技术和正交频分复用（OFDM）调制技术。
调相
相位调制是另一种广泛采用的调制技术，特别是在数据传输的应用中。
因为相位和频率是相辅相成的（频变是相变的一种形式），两种调制方法可以用角度调制（angle modulation）来概括。
为了解释调相如何工作，我们首先要对相位做出解释。
一个无线信号包涵了一个正弦信号的载波，幅度从正到负程波浪形变化，一个周期后回到零点，这个同样可以由一个围绕一个零点旋转的一个点来表示，如图3-13所示，相位就是终点到起点的角度。
调相改变了信号的相位，换句话来说，图中绕着原点旋转的点的位置会改变，要实现这个效果既是要在短时间内改变信号的频率。
所以，当进行相位调制的时候会产生频率的
改变，反之亦然。
相位和频率是密不可分的，因为相位就是频率的积分，频率调制可以通过简单的CR网络转变成相位调制。
因此，相位调制与频率调制信号的边带、带宽具有异曲同工的效果，我们必须留意这个关系。
相移键控
相位调制可以用来传输数据，而相移键控是很常用的。
PSK在带宽利用率上有很多优势，在许多移动电话无线通信的应用中广为采用。
最基本的PSK方法被称作双相相移键控（BPSK），有时也称作反向相位键控(PRK)。
一个数字信号在1和0之间改变（或表述为1和-1），这样形成了相位反转，就是180°的相移，如图3-14。
双相相移键控（BPSK）
PSK的一个问题是接收机不能精确的识别传输的信号，来判定是mark（1）还是space （0），即使发射机和接收机的时钟同步也很难实现，因为传输路径会决定接受信号的精确相位。
为了克服这个问题，PSK系统采用差分模式对载波上的数据进行编码。
比如说，信号为1的时候改变相位，信号为0时不改变相位，在这个基础架构上可以做更多的改进，一些其它的PSK方法也被开发了出来。
一个方法是信号为1时做90°的相移，在信号为0时做-90°相移，这样保留了0和1之间180度的相差。
在简单的系统中如果不采用该方式进行传输，在传一个长序列的0的时候有可能会失去同步，这是因为产生突发模式时相位没有改变。
基于基本的PSK会有很多改变，各个方案都有各自的优缺点，让设计人员针对具体的应用采用不同的解决方法。
比如说四相相移键控（QPSK)，采用了四个相位，每个相差90°,8-PSK，采用8个相位等等。
为了方便表述一个PSK信号，我们采用相位矢量或者星座图，如图3-15。
采用这个图可以很好的体现相位信息和幅度信息。
在这个图里面，信号的相位用角度表示，幅度用具离圆心的距离表示。
这样这个信号中的同相分量用sine信号表示，而正交分量用cosine 信号表示。
大部分PSK系统采用不变的幅度，因此圆心周围的点与圆心距离相等并只改
变相对圆心的角度。
对于BPSK调相，星座图上只有两个点，其它PSK调制可能有更多的点在圆周上。
BPSK和QPSK的相位星座图
当采用测试仪器进行测试时，我们会发现在理想的星座图上的频点会出现错误。
错误的原因是调制器、传输过程或者接收器会出现误差，或者系统中引入了噪声。
可以想象当真实的测试比理想状态差的太多时，就会出现误码，因为解调器不能正确的判断圆周上频点的位置。
使用星座图可以很快的找出错误所在，如果错误是与相位相关，星座图可以在圆环圆周再进行查找，如果错误与幅度相关，星座图可以扩大或者缩小圆环半径进行查找。
采用该方法比采用其它方案查找错误有效的多。
在IS-95 CDMA无线通信系统中，从基站到手机的前向链路采用了QPSK调制，并采用绝对相位来表述模型。
QPSK有四个相位点，当从一种状态跳向另一种时，可能会产生过零点的相位跳变。
在从手机到基站的反向链路中，偏移四相相移键控（offset-QPSK，O-QPSK）被采用，这样可以避免QPSK造成的180°相位跳变。
考虑到星座图上X、Y分量上的相反的向量，一般来说，两种分量是同时产生的，这样就会造成过零点相位跳变。
在O-QPSK中一个分量被延时了，所以就避免了向量直接过零点，从而简化了无线设计。
最小相移键控
因为双相相移键控会在“1”和“0”之间出现激烈的跳变，这样在频谱上会造成非常长的边带滚降，这在许多应用是很不理想的。
我们可以采用滤波器滤除部分频带，滤的越多带宽虽然变窄了，但1和0的分界会变得模糊。
为了克服这个问题，另一种调制手段——称作高斯最小频移键控(GMSK)被广泛采用了，最为大家所知的就是用在了GSM无线通信标准中。
GMSK起源于另一个调制方法最小相移键控（MSK），该方法也具有连续的频谱，因为是在载波的过零点处产生频变，所以相位改变是非离散的。
图3-16表述了MSK的调制，可以看到并没有相位的突变，这个MSK表示出的“1”和“0”的区别主要是体现在载波频率被“0”调制时是“1”的两倍，从调制指数来说的话就是M=0.5。
MSK信号的一个例子
这个主意看起来很好，而实际上在MSK调制系统中信号出来后带宽很大，最大带宽已经达到了数据率的带宽。
MSK的信号频谱显示其边带很长，甚至超过了传输的数据率（图3-17）。
如果通过一个低通滤波器对调制信号进行滤波，可以使其适应载波。
对滤波器的要求是必须具备陡峭的频率截止和窄的通带，其冲击响应（IR）不应overshoot，一个理想的滤波器就是高斯滤波器，对冲击响应呈现出高斯函数。
MSK和GMSK的频谱密度
有两种方式实现GMSK，最明显的一种方法是让信号通过高斯滤波器然后再在一个调制指数为0.5的调频电路进行调制，如图3-18。
同时该方案的缺点是调制指数必须是精确的0.5，实际情况是，由于元器件的公差和漂移这个方案并不合适。
采用高斯滤波器和0.5调制指数调制器的GMSK电路
第二个方式被广泛的应用，就是所谓的正交调制。
“正交”的意思是一个信号的相位相对另一个是正交(相差90°)的，即一个同相信号一个是正交信号，也就是通常说的I-Q 调制（图3-19）。
当采用该方法进行调制时，调制指数可以非常精确的达到0.5而无需额外的设置和调整，所以实现起来就比较容易。
在接收器解调部分，可反向执行该电路。
正交（I-Q调制）被用在GMSK系统中
GMSK的另一个好处是可以采用非线性放大器而不会产生失真，因为调制后信号幅度的变化不会带有任何有用的信息，因此该方案相对别的一些调制方式也更加能抗噪声。
正交幅度调制
另一个广泛应用的数据传输方法是所谓的正交幅度调制（QAM）。
该信号中两个载波相位相差90°，被调制后输出信号在幅度和相位都有改变。
因此不管幅度还是相位都会进行变化，所以被看成是混合幅度和相位的调制。
3bit的数据可以分为一组并用表格中的幅度和相位组合来表示。
8QAM
相位调制可以看作QAM的一种特例，这时幅度保持不变而相位有改变，而传递的信息就减半了。
尽管QAM通过对幅度和频率的调制增加了传输效率，但也有一些缺点。
首先是比较容易受到噪声的影响，因为状态点距离很近，所以一个比较小的噪声就有可能将一个星座点移到错误的位置。
采用相位或者频率解调的接收机可以采用限幅放大器来滤除噪声信号从来提升系统抗噪声性能，QAM却不行。
第二个弱点也和幅度分量相关，相位调制和频率调制无需使用线性放大器，而因为QAM具有幅度分量，所以必须用线性放大。
不幸的是，线性放大器一般功耗较高且效率不高，所以在便携式移动通信应用里面QAM的吸引力会打折扣。