Kỹ thuật điều chế thông tin số được phân loại dựa trên đặc tính sóng mang (pha, biên độ, tần số) để điều chế, phân chia mức độ theo đặc tính điều chế. Máy thu nhận được một phần thông tin về pha sóng mang trong khi thực hiện hàm tách sóng dữ liệu (kết hợp, kết hợp một phần, kết hợp vi sai, không kết hợp…). Nội dung phần này tập trung vào kỹ thuật điều chế thông tin số và dạng tín hiệu phát trên kênh có tạp âm cộng trắng chuẩn Gaussian (AWGN).
Do các nguồn thông tin số đều là dạng tín hiệu nhị phân. Để đạt được hiệu quả phổ cao, các tín hiệu số nhị phân thường được điều chế thành các tín hiệu nhiều mức. Tức là chấp nhận tăng công suất của tín hiệu nhằm giảm bề rộng phổ mà tín hiệu chiếm. Bề rộng phổ tín hiệu số phụ thuộc vào số chiều của tín hiệu. Về lý thuyết, phổ của một tín hiệu số trải từ (−∞ +∞, ), điều này nhận được thông qua biến đổi Fourrier. Tuy nhiên trong thực tế bề rộng phổ chiếm của một tín hiệu số là dải tần được xét như sau. Độ rộng băng tần của bộ lọc phối hợp, theo lý thuyết thông tin, bằng 1/Ts (Ts là độ dài của một
symbol). Như vậy, độ rộng băng tần của một tín hiệu số tối thiểu sẽ là 1/Ts.
Trong thực tế, độ rộng băng tín hiệu số thường lớn hơn giá trị.
Nếu các tín hiệu cơ sở trực giao của không gian tín hiệu có chung một tần số không đổi, đây là trường hợp đối với các tín hiệu điều chế (ví dụ: M- PSK, M-QAM…). Các tín hiệu số được tạo thành là các kết hợp tuyến tính của các tín hiệu cơ sở cũng sẽ có chung tần số và do vậy việc thu chúng sử dụng chung một loại mạch lọc. Kết quả là tập tín hiệu tổng cộng cũng chiếm dải tần như của một tín hiệu đơn (là Ts chưa kể phần mở rộng).
Nếu các tín hiệu cơ sở trực giao của không gian tín hiệu có các tần số khác nhau (trường hợp điều chế FSK,…) thì khoảng cách tần số giữa các tần số đó phải không nhỏ hơn 1/Ts. Phổ của cả tập tín hiệu sẽ chiếm tới M T/ s
và vì số chiều của tín hiệu trong trường hợp này D M= nên có thể thấy được ngay rằng khi số chiều tín hiệu tăng thì bề rộng phổ chiếm của cả tập tín hiệu cũng sẽ tăng một cách tỷ lệ.
Hiệu quả phổ của tín hiệu được đánh giá bằng tốc độ truyền tin cho phép trên một đơn vị bề rộng phổ tần số (có đơn vị là bit/s/Hz). Việc điều chế M mức sẽ làm tăng Ts lên log2M lần so với độ rộng một bit, cho phép giảm mạnh phổ chiếm của tín hiệu, do vậy tăng được hiệu quả phổ so với trường hợp nhị phân. Các loại điều chế tần số, mặc dù việc thực hiện là rất đơn giản và có những ưu điểm nhất định do là tín hiệu có đường bao không đổi nên ít nhạy cảm với các méo phi tuyến trên kênh, song không cho hiệu quả phổ cao. Vì thế trong thực tế chúng chỉ được sử dụng với M khá nhỏ (thường nhỏ hơn 4) và thường chỉ áp dụng trong những trường hợp khi hiệu quả phổ không phải là yêu cầu cao nhất trong khi đó các yêu cầu về khả năng chịu méo phi tuyến, mức độ đơn giản lại là những yêu cầu hàng đầu. Đối với các hệ thống đòi hỏi hiệu quả phổ lớn như các hệ thống dung lượng lớn và vừa, chẳng hạn các loại điều chế thường được dùng là M-PSK hay M-QAM vì đối với các loại tín hiệu này hiệu quả phổ tăng log2M lần so với tín hiệu nhị phân.