Control of a low voltage ac/dc/ac converter for high-speed induction machine drive applications has been investigated. Such a configuration can be applied, for example, in microturbines and high-speed spindles. Scalar control is usually applied for the control of high-speed drives especially in the case of very high-speed drives. Indirect rotor-flux-oriented control and direct torque control are designed and compared for the control of an exemplary high-speed induction machine drive. The 2L VSC is the most widely applied converter for high-speed drives. However, the 3L-NPC VSC is an attractive topology if drastically increased switching frequencies are required. A detailed comparison between a 2L VSC and a 3L-NPC VSC as the machine side converter of the exemplary high-speed induction machine drive is carried out. Voltage-oriented control is applied for the control of the grid side PWM active front end converter. In several industrial applications PWM active front end converters commonly operate in parallel to thyristor converter fed dc drives. Behavior of the voltage-oriented controlled active front end converter with L-filter in the presence of a parallel thyristor converter is investigated. The design of the LCL-filter components according to the given maximum grid current harmonics (e.g. IEEE-519) is a complex task. So far a precise and clear design procedure has not been presented. A new procedure to design the grid side filter (L- and LCL-filter) is proposed using the analytical expression of the converter voltage harmonics based on Bessel functions to achieve the compliance with the grid standard of IEEE-519. Voltage-oriented control with active damping is used to control the active front end converter with LCL-filter. A simple method is proposed to design the required lead-lag compensator in the active damping loop.

Inhalt der Arbeit waren die Überprüfung der Leistungsfähigkeit der beiden Verfahren Mikrowellendetektierte Photoleitung (MD-PL) und Mikrowellendetektierte Photo Induced Current Transient Spectroscopy (MD-PICTS) sowie ihre praktische Anwendung auf den Halbleiter GaAs. Zerstörungsfreie Photoleitungs-Wafertopogramme geben Auskunft über die Verteilung des Defekts EL20 bzw. über Widerstand und Ladungsträgerlebensdauer im Volumen eines Wafers bzw. seiner Oberfläche. MD-PICTS-Topographie weiterer Defekte ist möglich. Die Verfahren brachten ein neues Verständnis der bei PICTS ablaufenden Prozesse - die Peakhöhe ist nicht für alle Defekte unmittelbar proportional zur Defektkonzentration. Für die Erklärung positiver und negativer EL2- und EL3-PICTS- Peaks wurde ein Modell entwickelt, nach dem es sich bei diesen Defekten um Rekombinationszentren handelt. Das Modell wurde durch Simulationsrechnungen bestätigt. Ferner entstanden Ergebnisse zum Defekt EL6, an getemperten Wafern und an Epitaxieschichten.

Glaskeramische Komposite, deren Herstellung von Glas- und kristallinen Pulvern ausgeht, bieten vielfältige Möglichkeiten, Werkstoffeigenschaften, wie z.B. Sinterverhalten, thermische Dehnung, mechanische Eigenschaften, chemische Beständigkeit, dielektrische Eigenschaften und Oberflächenqualität für spezielle Anwendungszwecke gezielt einzustellen. Glaskeramische Kompositpulver können zu Folien verarbeitet werden, aus denen mittels der LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)- Technologie keramische Multilayer hergestellt werden, die insbesondere für das Electronic Packaging von Mikrosystemen eingesetzt werden. Problematisch ist die beim freien Sintern der LTCC-Multilayer auftretende laterale Schwindung, die von relativ hohen Schwindungstoleranzen begleitet ist. Zur Vermeidung der lateralen Schwindung werden Zero Shrinkage-Techniken eingesetzt. Eine neue Möglichkeit Zero Shrinkage beim Sintern von LTCC-Multilayern zu erreichen, besteht in der Anwendung eines self-constrained Laminates. Hierbei wird ein Multilayer eingesetzt, der aus zwei unterschiedlichen Folienarten für innere und äußere Lagen mit deutlich verschiedenen Sintertemperaturen (ΔT > 50 K) aufgebaut wird. Die Entwicklung von LTCC-Werkstoffen, die als innere Lagen eines self-constrained Laminates zur Verringerung der lateralen Sinterschwindung auf nahezu Null eingesetzt werden können, war Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Es wurden hierfür LTCC-Werkstoffe aus dem Stoffsystem CaO-La2O3-Al2O3-B2O3 untersucht, die bei Temperaturen unterhalb 800 °C dicht gesintert werden können. Ausgehend von der Entwicklung geeigneter Gläser auf der Basis von Calciumlanthanborat- sowie Calciumlanthanalumoboratgläsern wurden glaskeramische Komposite unter Zusatz von Korundpulver hergestellt. Die Komposite kristallisieren während des Brennprozesses nahezu vollständig. Aus der Glasphase kristallisiert Lanthanborat aus und aufgrund der festkörperchemischen Reaktion der calciumboratreichen Restglasphase mit dem Korund bilden sich vor allem Calciumalumoborat bzw. Calciumalumoboratoxid. Die Anteile an neuen Phasen bestimmen die thermischen und dielektrischen Eigenschaften der Werkstoffe. Die wichtigsten der sich bildenden kristallinen Phasen der Komposite, Lanthanborat und Calciumalumoboratoxid wurden separat hergestellt und charakterisiert. Das Sinter- und Kristallisationsverhalten sowie die thermischen und dielektrischen Eigenschaften der glaskeramischen Komposite wurden in Abhängigkeit von den entwickelten Gläsern, dem Volumenverhältnis von Glas- und kristalliner Komponente im Kompositpulver und der Brenntemperatur untersucht. Die entwickelten LTCC-Werkstoffe wurden bzgl. ihrer thermischen Eigenschaften an einen zuvor ausgewählten LTCC-Werkstoff für die äußeren Lagen eines self-constrained Laminates angepasst. Erzielt wurden die Eigenschaftswerte: TEC: ca. 5 x 10-6/K, er: ca. 7 und tan δ: ≤ 1 x 10-3. Zur Überprüfung der Anwendbarkeit wurde der entwickelte LTCC-Werkstoff als innere Lagen in einem LTCC-Multilayer verarbeitet. Dadurch konnte die laterale Schwindung des Multilayers beim Sintern auf < 0,4 % verringert werden.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit modernen geregelten Niederspannungsdrehstromantrieben. Es wird insbesondere auf das Problem der Stromverdrängung bei Maschinen mittlerer bis großer Leistung eingegangen. Für hohe Frequenzen in Verbindung mit hohen Ständernuten kommt es dabei zu einer gravierenden Erhöhung der Ständerwicklungsverluste infolge der Stromverdrängung. Diese führt sowohl zu einem starken Anstieg der mittleren Erwärmung der Maschine als auch zu Heißpunkten in der Ständerwicklung. Aufgrund ihres Einsatzes als Prüfstandsmotor werden moderne geregelt betriebene Induktionsmotoren gezielt zu Drehschwingungen angeregt. Eine ähnliche Problematik findet man in abgwandelter Form auch bei Maschinen der Querschneiderindustrie, welche Spielzeiten im zehntel Sekundenbereich aufweisen. Bei diesen Induktionsmaschinen kommt es aufgrund der zyklischen Drehmomentänderung zu einem Stromverdrängungseffekt in den Stäben des Kurzschlusskäfigs. Es entsteht damit eine zusätzliche Verlustquelle, die wesentlich zur Erwärmung des Läufers beiträgt. Nach dem heutigen Stand der Wissenschaft geht man bei der Stromregelung von einem Trägheitsverhalten 1.Ordnung für die Übertragungsfunktion der Induktionsmaschine aus. Die vorliegende Arbeit erweitert dieses Modell unter Berücksichtigung der Läuferstromverdrängung. / This study focuses on modern controlled low voltage three phase machines, especially, on the problem of the skin effect in machines of middle and high power range. Due to the skin effect, a severe increase of the dissipation power of the slot windings can be observed for high frequencies with deep slots. This causes a sharp rise of the temperature of the machine as well as hot spots in the stator winding. As a result of its use as test bench applications, modern controlled induction machines are purposefully stimulated for torsional vibration. A similar difficulty can be found in machines for the cross cutter industry, which can be applied in the tenth part of a second, for instance. Because of the cyclical change of the torque in these induction machines, a skin effect results in the bars of the squirrel-cage. Here, an additional source of dissipation, which adds considerably to the heating of the rotor, emerges. Following the state of today’s science, at the current control loop an PT1-element can be assumed for the transfer function of induction machines. This study expands the model with regard to the rotor skin effect.

Aufgrund von guten Eigenschaften als Kupferdiffusionsbarriere und guter elektrischer Leitfähigkeit könnte sich Ruthenium und Ruthenium basierte Legierungen als Kupferdiffusionsbarriere eignen. Auf eine theoretische Aufarbeitung von Elektromigrationsmechanismen und in der Praxis eingesetzte Elektromigrationsteststrukturen folgen beschleunigte elektrische Elektromigrationstestergebnisse. Es konnte gezeigt werden, dass das System Kupfer, Ruthenium, Tantalnitrid Elektromigrationsstabiler als das konventionelle System Kupfer, Tantal, Tantalnitrid ist.

Die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) betrachtet die Fähigkeit eines elektrischen Gerätes, in seiner elektromagnetischen Umgebung störungsfrei zu funktionieren, ohne diese dabei unzulässig zu stören. Zur Prüfung der Elektromagnetischen Verträglichkeit werden verschiedene Messumgebungen verwendet. Die Messung der strahlungsgebundenen Störfestigkeit und Störaussendung kann zum Beispiel in einer Modenverwirbelungskammer (MVK) erfolgen. Bei der Störfestigkeitsmessung wird der Prüfling einem externen Prüffeld ausgesetzt und untersucht, ob dieser die definierten Kriterien für einen störungsfreien Betrieb erfüllt. Für das Prüffeld muss vor der Messung nachgewiesen werden, dass die Anforderungen an dessen Homogenität eingehalten werden. Einen entscheidenden Einfluss auf die Homogenität des Prüffeldes hat der sogenannte Rührer. Bei einer MVK handelt es sich prinzipiell um einen Hohlraumresonator, in den ein mechanischer Rührer, d.h. ein elektrisch großer, drehbarer Streukörper integriert wird. Durch die Drehung des Rührers verändert sich die Feldverteilung in der MVK, was auch als Verwirbelung bezeichnet wird. Prinzipiell ergibt sich für jede Stellung des Rührers ein inhomogenes Feld mit lokalen Minima und Maxima. Ein Ziel bei der Verwendung von Modenverwirbelungskammern ist es, mit Hilfe geeigneter Verfahren Rührerstellungen zu finden, deren Feldverteilungen in Überlagerung ein möglichst homogenes Prüffeld erzeugen. Zum Lehrstuhl für Theoretische Elektrotechnik und Elektromagnetische Verträglichkeit der Technischen Universität Dresden gehört seit 2010 eine Modenverwirbelungskammer. Die Charakterisierung dieser MVK sowie eine weiterführende Untersuchung zur Wahl der Rührerstellungen bilden die Schwerpunkte der vorliegenden Arbeit. / In 2010 the Chair of Electromagnetic Theory and Compatibility of Technical University Dresden could extend its laboratories by a reverberation chamber with the dimensions 5.3 m, 3.7m and 3.0 m. Since then, a detailed characterisation of the chamber as well as further investigations have been the main emphasis of the authors research. The submitted doctoral thesis presents the obtained results. With the design, the fundamentals of operation and further characterisation of the reverberation chamber, given in Chapter 1 and 2, it aims to give an introduction and better understanding of reverberation chambers. On this basis, the authors research focused on methods for determining the independent stirrer positions in reverberations chambers. The results of the investigations are presented and summarised in chapter 3. One scope of Electromagnetic Compatibility are radiated immunity measurements. Besides the GTEM cell and the anechoic chamber the reverberation chamber gains in importance as an alternative measurement environment. A reverberation chamber is a shielded room with reflecting walls and one or more integrated mechanical stirrers. By rotating the stirrer the spatial boundary conditions for the electromagnetic field quantities are altered. The resulting change of the spatial field distribution depends on the location within the chamber and the geometry of the stirrer. Each stirrer position yields an inhomogeneous field distribution created by interfering waves. A general aim is to find a set of stirrer positions, whose superimposed field distributions create a more uniform test field. In practice, the given requirements for the homogeneity of the test field shall, with regards to an optimisation of measurement time, be realized with a minimum number of stirrer positions. In this context the term ’independent stirrer positions’ was established and describes stirrer positions, whose field distributions are linearly uncorrelated and therefore assumed to be practical for creating a more homogeneous test field using only a minimal number of stirrer positions. A general method for determining the number of independent stirrer positions in reverberation chambers is presented. The method uses a certain number of measurement positions in a defined test volume in order to characterize the spatial field distribution inside the chamber. Using the Pearson correlation coefficient the field distributions of the stirrer positions are tested for linear correlation and pairs of independent stirrer positions are determined. On this basis, cliques of pairwise independent stirrer positions are identified using appropriate algorithms. It is shown that the general method yields detailed information about the number and distribution of the independent stirrer positions and is therefore particularly suitable to evaluate other methods. Finally, the standard method according to IEC 61000-4-21 as well as selected alternative methods, that have been proposed in the past, are evaluated and compared based on the results of the general method.

Communication delays are common in many complex systems. It has been shown that these delays cannot be neglected when they are long enough compared to other timescales in the system. In systems of coupled phase oscillators discrete delays in the coupling give rise to effects such as multistability of steady states. However, variability in the communication times inherent to many processes suggests that the description with discrete delays maybe insufficient to capture all effects of delays. An interesting example of the effects of communication delays is found during embryonic development of vertebrates. A clock based on biochemical reactions inside cells provides the periodicity for the successive and robust formation of somites, the embryonic precursors of vertebrae, ribs and some skeletal muscle. Experiments show that these cellular clocks communicate in order to synchronize their behavior. However, in cellular systems, fluctuations and stochastic processes introduce a variability in the communication times. Here we account for such variability by considering the effects of distributed delays. Our approach takes into account entire intervals of past states, and weights them according to a delay distribution. We find that the stability of the fully synchronized steady state with zero phase lag does not depend on the shape of the delay distribution, but the dynamics when responding to small perturbations about this steady state do. Depending on the mean of the delay distribution, a change in its shape can enhance or reduce the ability of these systems to respond to small perturbations about the phase-locked steady state, as compared to a discrete delay with a value equal to this mean. For synchronized steady states with non-zero phase lag we find that the stability of the steady state can be altered by changing the shape of the delay distribution. We conclude that the response to a perturbation in systems of phase oscillators coupled with discrete delays has a sharper functional dependence on the mean delay than in systems with distributed delays in the coupling. The strong dependence of the coupling on the mean delay time is partially averaged out by distributed delays that take into account intervals of the past.

Diffraktive Mikrospiegelarrays sind eine seit Jahren etablierte innovative Lösung zur ortsaufgelösten Beleuchtungsmodulation im UV-Spektralbereich. Sie werden hauptsächlich als Schlüsselbauelement in mikrolithografischen Industrieanlagen eingesetzt. Gegenwärtige Untersuchungen befassen sich mit der Erweiterung der Technologie hin zu multispektralen Anwendungen, beispielsweise in der Mikroskopie zur strukturierten Objektausleuchtung. Aufgrund des diffraktiven Arbeitsprinzips mit Phasenmodulationen im Nanometerbereich sowie der Vielzahl von Einzelspiegeln mit individuellem Auslenkverhalten stellt die präzise Ansteuerung der Bauelemente eine wesentliche Herausforderung dar. In diesem Kontext steht die Entwicklung und Validierung eines Verfahrens im Fokus dieser Arbeit, das die Gesamtheit von mehreren Tausend oder auch Millionen Mikrospiegeln abhängig von gewünschtem Beleuchtungsmuster und -wellenlänge auf korrekte Kippwinkel einstellen kann. Der gewählte Ansatz liegt in einem Mess- und Korrekturverfahren aller Einzelspiegelverkippungen. Die als Kalibrierung bezeichnete Methode nutzt ein Weißlichtinterferometer zur profilometrischen Charakterisierung der elektro-mechanischen Übertragungsfunktionen der Aktuatoren, wodurch erstmalig auf diesem Themengebiet der multispektrale Bauelementeinsatz gewährleistet werden kann. Zentrales Ergebnis der Kalibrierroutine ist eine Reduzierung der Streuung der Spiegelverkippungen um einen Faktor größer fünf. Direkte Folge sind erheblich verbesserte optische Projektionsmuster, aufgenommen an einem parallel entwickelten optischen Lasermessplatz mit spektral verschiedenen Quellen. Nachgewiesen wurden im Vergleich zum unkalibrierten Ausgangszustand Kontrastverdoppelungen, Homogenitätssteigerungen und die Sicherstellung der Abbildung von mindestens 64 Graustufen. Die Ergebnisse dokumentieren einerseits die Leistungsfähigkeit von diffraktiven Mikrospiegelarrays in multispektralen Umgebungen mit sehr guten Abbildungseigenschaften. Gleichzeitig konnte die wesentliche Grundlage für einen deutlich erweiterten Einsatz optischer Mikrosysteme im stark wachsenden Anwendungsbereich der diffraktiven Optik bzw. der Ultrapräzisionsoptik geschaffen werden.

With the advancement of semiconductor technology, the System on Chip (SoC) is becoming more and more complex, so the on-chip communication has become a bottleneck of SoC Design. Since the traditional bus system is inefficient and not scalable, the Network-On-Chip (NoC) has emerged as the promising communication mechanism for complex SoCs. As some systems have specific performance requirements, such as a minimum throughput (for real-time streaming data) or bounded latency (for interrupts, process synchronization, etc), communication with Guaranteed Service (GS) support becomes crucial for predictable SoC architectures. Circuit Switching (CS) is a popular approach to support GS, which firstly has to allocate an exclusively connection (circuit) between the source and destination nodes, and then the data packets are delivered over this connection. However, it is inefficient and inflexible because the resource is occupied by single connection during its whole lifetime, which can block other communications. Hence, two extensions of CS have been proposed to share resources: i) Time-Division Multiplexing (TDM), in which the available link capacity is split into multiple time slots to be shared by different flows in TDM scheme; and ii) Space-Division-Multiplexing (SDM), in which only a subset (sub-channel) of the link wires is exclusively allocated to a specific connection, while the remaining wires of the link can be used by other flows. The connection allocation is critical for CS, since the data delivery can start only after the associated connection is allocated. In this thesis, we propose a dedicated hardware connection allocator to solve the dynamic connection allocation problem for CS NoCs, which has to i) allocate a contention-free path between source-destination pairs and ii) allocate appropriate portions of link bandwidth (appropriate number of time slots and subsets) along the path. The dedicated connection allocator, called NoCManager, solves the connection allocation problem by employing a trellis-search based shortest path algorithm. The trellis search can explore all possible paths between source node and destination. Moreover, it shall find the requested path in a fixed low latency and can guarantee the path optimality in terms of path length if the path is available. In this thesis, two different trellis graphs, Forward-Backtrack trellis and Register-Exchange trellis are proposed. The Forward-Backtrack trellis completes the path search in two steps: forward search and backtracking. Firstly, the forward search begins at source node that traverses the network to find the free path. When destination node is reached, the backtrack starts from destination to select the survivor path and collect the associated path parameters. However, Register-Exchange trellis saves the entire survivor path sequences during forward search. Consequently, the backtracking step can be omitted, and thus the allocation time is halved compared to forward-backtrack approaches. Moreover, each trellis graph consists of three categories, unfolded structure, folded structure and bidirectional structure. The unfolded structure can provide high allocation speed while folded structure is more efficient from a hardware point of view. The bidirectional structure starts the search at two sides, source node and destination node simultaneously, so the allocation speed is 2 times faster than previous unidirectional search. Furthermore, in order to address the scalability issue of previous centralized systems, the partitioned architecture (i.e. spatial partitioning technique) is proposed to divide the large system into multiple smaller differentiated logical partitions served by local NoCManagers. This partitioning technique keeps the request load of the manager and manager-node communication overhead moderate. Inside each partition, the path search problem is solved by a local manager with trellis-search algorithm. To establish a path that crosses partitions, the managers communicate with each other in distributed manner to converge the global path. In order to further enhance the path diversity and resource utilization, we adopt the combined TDM and SDM technique. In combined TDM-SDM approach, each SDM sub-channel is split into multiple time slots so that can be shared by multiple flows. Hence, the number of sub-channels can be kept moderate to reduce router complexity, while still providing higher path diversity than TDM scheme. In order to investigate and optimize TDM-SDM partitioning strategy, we studied the influence of different TDM-SDM link partitioning strategies on success rate and path length that allowed us to find the optimal solution. The dedicated connection allocator using the trellis-search algorithm is employed for TDM, SDM and TDM-SDM CS. In the end, we present the router architecture that combines the circuit-switching network (for GS communication) and packet-switching network (for best-effort communication).

The efficient allocation of power is a major concern in today’s wireless communications systems. Due to the high demand in data rate and the scarcity of wireless resources such as power, the multi-user communication systems like the multiple access channel (MAC) and broadcast channel (BC) have become highly competitive environments for the users as well as the system itself. Theory of microeconomics and game theory provide the good analytical manner for the selfish and social welfare conflict problems. Instead of maximizing the system sum rate, our proposed system deals with fulfilling the utility (rate) requirement of all the users with efficient power allocation. The users formulate the signal to interference-plus-noise ratio (SINR) based quality-of-service (QoS) requirements. We propose the framework to allocate the power to each user with universal pricing mechanisms. The prices act as the control signal and are assumed to be some virtual currency in the wireless system. They can influence the physical layer operating points to meet the desired utility requirements. Centralized and distributed power allocation frameworks are discussed separately in the thesis with different pricing schemes. In wireless systems we have users that are rational in the game theoretic sense of making decisions consistently in pursuit of their own individual objectives. Each user’s objective is to maximize the expected value of its own payoff measured on a certain utility scale. Selfishness or self-interest is an important implication of rationality. Therefore, the mobiles which share the same spectrum have incentives to misinterpret their private information in order to obtain more utility. They might behave selfishly and show also malicious behavior by creating increased interference for other mobiles. Therefore, it is important to supervise and influence the operation of the system by pricing and priority (weights) optimization. In the centralized resource allocation, we study the general MAC and BC (with linear and nonlinear receiver) with three types of agents: the regulator, the system optimizer and the mobile users. The regulator ensures the QoS requirements of all users by clever pricing and prevents cheating. The simple system optimizer solves a certain system utility maximization problem to allocate the power with the given prices and weights (priorities). The linear and nonlinear pricing mechanisms are analyzed, respectively. It is shown that linear pricing is a universal pricing only if successive interference cancellation (SIC) for uplink transmission or dirty paper coding (DPC) for downlink transmission is applied at the base station (BS). For MAC without SIC, nonlinear pricing which is logarithmic in power and linear in prices is a universal pricing scheme. The prices, the resulting cost terms, the optimal power allocation to achieve the QoS requirement of each user in the feasible rate region are derived in closed form solutions for MAC with and without SIC using linear and nonlinear pricing frameworks, respectively. The users are willing to maximize their achievable rate and minimize their cost on power by falsely reporting their channel state information (CSI). By predicting the best cheating strategy of the malicious users, the regulator is able to detect the misbehavior and punish the cheaters. The infinite repeated game (RG) is proposed as a counter mechanism with the trigger strategy using the trigger price. We show that by anticipating the total payoff of the proposed RG, the users have no incentive to cheat and therefore our framework is strategy-proof. In the distributed resource allocation, each user allocates its own power by optimizing the individual utility function. The noncooperative game among the users is formulated. The individual prices are introduced to the utility function of each user to shift the Nash equilibrium (NE) power allocation to the desired point. We show that by implicit control of the proposed prices, the best response (BR) power allocation of each user converges rapidly. The Shannon rate-based QoS requirement of each user is achieved with minimum power at the unique NE point. We analyse different behavior types of the users, especially the malicious behavior of misrepresenting the user utility function. The resulting NE power allocation and achievable rates of all users are derived when malicious behavior exists. The strategy-proof mechanism is designed using the punishment prices when the types of the malicious users are detected. The algorithm of the strategy-proof noncooperative game is proposed. We illustrate the convergence of the BR dynamic and the Price of Malice (PoM) by numerical simulations. The uplink transmission within the single cell of heterogeneous networks is exactly the same model as MAC. Therefore, the results of the pricing-based power allocation for MAC can be implemented into heterogeneous networks. Femtocells deployed in the Macrocell network provide better indoor coverage to the user equipments (UEs) with low power consumption and maintenance cost. The industrial vendors show great interest in the access mode, called the hybrid access, in which the macrocell UEs (MUEs) can be served by the nearby Femtocell Access Point (FAP). By adopting hybrid access in the femtocell, the system energy efficiency is improved due to the short distance between the FAP and MUEs while at the same time, the QoS requirements are better guaranteed. However, both the Macrocell base station (MBS) and the FAP are rational and selfish, who maximize their own utilities. The framework to successively apply the hybrid access in femtocell and fulfill the QoS requirement of each UE is important. We propose two novel compensation frameworks to motivate the hybrid access of femtocells. To save the energy consumption, the MBS is willing to motivate the FAP for hybrid access with compensation. The Stackelberg game is formulated where the MBS serves as the leader and the FAP serves as the follower. The MBS maximizes its utility by choosing the compensation prices. The FAP optimizes its utility by selecting the number of MUEs in hybrid access. By choosing the proper compensation price, the optimal number of MUEs served by the FAP to maximize the utility of the MBS coincides with that to maximize the utility of the FAP. Numerous simulation results are conducted, showing that the proposed compensation frameworks result in a win-win solution. In this thesis, based on game theory, mechanism design and pricing framework, efficient power allocation are proposed to guarantee the QoS requirements of all users in the wireless networks. The results are applicable in the multi-user systems such as heterogeneous networks. Both centralized and distributed allocation schemes are analyzed which are suitable for different communication scenarios. / Aufgrund der hohen Nachfrage nach Datenrate und wegen der Knappheit an Ressourcen in Funknetzen ist die effiziente Allokation von Leistung ein wichtiges Thema in den heutigen Mehrnutzer-Kommunikationssystemen. Die Spieltheorie bietet Methoden, um egoistische und soziale Konfliktsituationen zu analysieren. Das vorgeschlagene System befasst sich mit der Erfüllung der auf Signal-zu-Rausch-und-Interferenz-Verhältnis (SINR) basierenden Quality-of-Service (QoS)-Anforderungen aller Nutzer mittels effizienter Leistungsallokation, anstatt die Übertragungsrate zu maximieren. Es wird ein Framework entworfen, um die Leistungsallokation mittels universellen Pricing-Mechanismen umzusetzen. In der Dissertation werden zentralisierte und verteilte Leistungsallokationsalgorithmen unter Verwendung verschiedener Pricing-Ansätze diskutiert. Die Nutzer in Funksystemen handeln rational im spieltheoretischen Sinne, indem sie ihre eigenen Nutzenfunktionen maximieren. Die mobilen Endgeräte, die dasselbe Spektrum nutzen, haben den Anreiz durch bewusste Fehlinterpretation ihrer privaten Informationen das eigene Ergebnis zu verbessern. Daher ist es wichtig, die Funktionalität des Systems zu überwachen und durch Optimierung des Pricings und Priorisierungsgewichte zu beeinflussen. Für den zentralisierten Ressourcenallokationsansatz werden der allgemeine Mehrfachzugriffskanal (Multiple Access Channel, MAC) und der Broadcastkanal (BC) mit linearen bzw. nichtlinearen Empfängern untersucht. Die Preise, die resultierenden Kostenterme und die optimale Leistungsallokation, mit der die QoS-Anforderungen in der zulässigen Ratenregion erfüllt werden, werden in geschlossener Form hergeleitet. Lineare und nichtlineare Pricing-Ansätze werden separat diskutiert. Das unendlich oft wiederholte Spiel wird vorgeschlagen, um Spieler vom Betrügen durch Übermittlung falscher Kanalinformationen abzuhalten. Für die verteilten Ressourcenvergabe wird das nichtkooperative Spiel in Normalform verwendet und formuliert. Die Nutzer wählen ihre Sendeleistung zur Maximierung ihrer eigenen Nutzenfunktion. Individuelle Preise werden eingeführt und so angepasst, dass die QoS-Anforderungen mit der Leistungsallokation im eindeutigen Nash-Gleichgewicht erfüllt werden. Verschiedene Arten des Nutzerverhaltens werden bezüglich der Täuschung ihrer Nutzenfunktion analysiert, und ein Strategy-Proof-Mechanismus mit Strafen wird entwickelt. Die Ergebnisse für den MAC sind anwendbar auf heterogene Netzwerke, wobei zwei neuartige Ansätze zur Kompensation bereitgestellt werden, die den hybriden Zugang zu Femtozell-Netzwerken motivieren. Mithilfe des Stackelberg-Spiels wird gezeigt, dass die vorgeschlagenen Ansätze in einer Win-Win-Situation resultieren.