Tầng chuyển mạch không gian số (Space Switch Stage) cấu tạo từ một ma trận chuyển mạch kích thước N đầu vào và M đầu ra vật lý. Do trong hệ thống TDM số nên mỗi đường vật lý chứa n kênh thời gian mà chúng mang các tín hiệu PCM. Như vậy để kết nối một khe thời gian bất kỳ nào trong một đường PCM bất kỳ phía đầu ra của ma trận chuyển mạch thì một điểm chuyển mạch của ma trận chuyển mạch cần phải hoạt động trong suốt khe thời gian TS# đó và lặp lại với chu kỳ 125µs. Trong suốt quá trình tạo kênh mà ở các khe thời gian khác vẫn điểm chuyển mạch đó có thể dùng để kết nối cuộc gọi khác. Tương tự như vậy đối với tất cả các điểm chuyển mạch khác trong ma trận. Chuyển mạch không gian số TDM thường thiết kế một số lượng lớn các cuộc gọi đồng thời qua ma trận chuyển mạch với tốc độ tức thì trong một khung tín hiệu PCM (thông thường khoảng 1,2 đến 2 triệu khung ứng với khoảng 3 đến 5 phút). Do vậy một kiểu điều khiển theo kiểu chu kỳ đơn giản cho một mẫu nối là cần thiết. Điều này dễ dàng thực hiện được nhờ bộ nhớ RAM điều khiển cục bộ liên quan tới ma trận chuyển mạch không gian.
1.6.1.1. Nguyên lý cấu tạo - hoạt động của tầng chuyển mạch không gian số.
Chuyển mạch tầng S cấu tạo từ hai thành phân cơ bản là ma trận chuyển mạch và khối chuyển mạch cục bộ. Ma trận chuyển mạch vuông kích thước NxN, trong đó hàng dùng cho các đường PCM đầu vào và cột dùng cho các đường PCM đầu ra. Các điểm chuyển mạch trong mỗi cột được điều khiển bởi bộ nhớ điều khiển C-MEN (Control memory).
Khối điều khiển cục bộ bao gồm bộ đếm khe thời gian (TS-counter), bộ chọn địa chỉ và bộ nhớ điều khiển để thực hiện chức năng cục bộ ma trận chuyển mạch. Bộ nhớ C-MEN lưu trữ các số liệu liên quan tới các điểm chuyển mạch tương ứng với các khe thời gian TS# trong khung tín hiệu đã cho. Mã địa chỉ nhị phân được gán cho mỗi điểm chuyển mạch trong một cột. Mỗi địa chỉ thích hợp sau đó sẽ được sử dụng để chuyển một điểm chuyển mạch yêu cầu thiết lập cuộc nối giữa một đầu vào và một đầu ra của ma trận chuyển mạch. Các địa chỉ này được nhớ trong C-MEN theo thứ tự khe thời gian tương ứng với biểu đồ thời gian kết nối hiện thời. Như vậy đối với cột 1 địa chỉ của điểm chuyển mạch sẽ được thông mạch trong khe thời gian TS#0 sẽ được nhớ trong ô nhớ có địa chỉ 0 của C-MEN cho cột. Địa chỉ của điểm chuyển mạch sẽ được thông mạch trong khe thời gian TS#1 sẽ được nhớ trong ô nhớ địa chỉ 1. Tương tự như vậy đối với tất cả các điểm chuyển mạch khác trong tầng chuyển mạch S. Độ dài của các ô nhớ C-MEN được xác định trên cơ sở địa chỉ nhị phân của các điểm chuyển mạch trong cột, nghĩa là có ldn (số nguyên bít nhỏ nhất ) còn số lượng ô nhớ của C-MEN bằng số lượng khe TS# có trong một khung tín hiệu đường PMC số.
Dưới đây là sơ đồ nguyên lý cấu tạo tầng chuyển mạch không gian số. Trong đó C-MEN là bộ nhớ điều khiển.
Ngay sau khi bộ nhớ điều khiển C-MEN được nạp số liệu địa chỉ của các điểm chuyển mạch trong cột thì quá trình điều khiển chuyển mạch có thể được thực hiện bằng cách đọc các nội dung của các nội dung của ô nhớ C- MEN trong thời gian thích hợp với khe thời gian yêu cầu sử dụng các số liệu địa chỉ tương ứng để chọn điểm chuyển mạch cần thiết mà nó sẽ thông mạch thời gian TS# đã nêu trên. Quá trình này được lặp lại cho tới khi tất cả các ô nhớ đầu tiên của C-MEN được đọc và các điểm chuyển mạch được điều khiển. Tiếp theo thủ tục này sẽ được lặp lại với chu kỳ T=125µs, bắt đầu với
C-MEN DEC 0 1 n Select Add R/W C-MEN R W DATA
ô nhớ đầu tiên của C-MEN. Mỗi chu kỳ là một khung của tín hiệu số sử dụng và trong thời gian đó tổ hợp mã tín hiệu PCM từ mỗi khe tời gian tín hiệu đầu vào có thể sẽ được chuyển mạch tới khe thời gian thích hợp tại một đầu ra xác định. Từ hình vẽ ta thấy rằng mỗi C-MEN điều khiển chỉ một cột của ma trận. Cách điều khiển này gọi là điều khiển đầu ra.
1.6.1.2. Một số hạn chế của tầng chuyển mạch không gian.
Xác suất tranh chấp lớn khi có 2 hay nhiều cuộc gọi đồng thời xuất hiện ở các đầu vào khác nhau nhưng muốn chiếm cùng một khe thời gian trong luồng PCM đầu ra của ma trận chuyển mạch. Hiện tượng trên (Blocking) có thể được khắc phục bằng cách tìm chọn các khe thời gian rỗi khác, điều này có thể thực hiện bởi vì về nguyên tắc bất kỳ một khe thời gian rỗi nào trong hướng đã cho cũng có thể dùng cho cuộc gọi xác định. Ngoài ra dùng kết hợp giữa chuyển mạch tầng S với chuyển mạch tầng T vừa có thể phát triển dung lượng khối chuyển mạch vừa giảm được hiện tượng Blocking.