總體系統架構：
無線接入網路RAN和核心網路CN總體架構重新修訂，形成一個扁平的RAN架構和一個分組核心網EPC，LTE的RAN和EPC一起稱為演進的分組系統EPS。
RAN負責：排程，無線資源管理，重傳協定，編碼和各種多天線方案；
EPC負責：認證，計費功能，端到端連線的建立。
核心網路（CN）：
分組核心網EPC只支援接入到分組交換域，不能接入電路交換域。
行動性管理實體MME是EPC的控制平面的節點，主要負責終端的承載連線/釋放，空閒到啟用狀態的轉移，以及安全金鑰的管理；
服務閘道器S-GW是EPC連線LTE的RAN的使用者平面的節點，作為終端在eNodeB之間移動時的行動性錨點；
分組資料閘道器（PDN閘道器，P-GW）將EPC連線到網際網路，管理特定終端IP地址分配。
無線接入網路（RAN）：
LTE無線接入網路採用只有單一節點的型別，即eNodeB的扁平化結構。
eNodeB負責一個或多個小區中所有無線相關的功能。
eNodeB是一個邏輯節點而非一個物理實現。
eNodeB通常由一個三磁區站實現，其中一個基站處理三個小區的傳輸。
基站是eNodeB的一種可能物理實現，但不等同於是eNodeB。
一個eNodeB可以連線到多個MME/S-GW；
將eNodeB互相連線在一起的X2介面，主要用於支援啟用模式的行動性。
無線協定架構：
分組資料融合協定（PDCP）：執行IP報頭壓縮，加密和完整性保護。按順序傳送，在切換時處理重複刪除。系統為一個裝置的每個無線承載設定一個PDCP實體。
無線鏈路控制（RLC）：負責分割/級聯，重傳控制，重複檢測和序列序列傳送到更上層。
媒體接入控制（MAC）：控制邏輯通道的複用，混合ARQ重傳，上行鏈路和下行鏈路的排程。
物理層（PHY）：管理編碼/解碼，調變/解調，多天線的對映以及其他典型的物理層功能。
無線鏈路控制（RLC）：
RLC協定負責來自PDCP的IP封包進行分段/級聯，以形成適當大小RLC的協定資料單元PDU，控制錯誤接收的PDU重傳，以及PDU去重。RLC確保服務資料單元SDU按序傳送到更高層。
分割與級聯是RLC的主要職能之一，RLC的協定資料單元PDU大小是動態變化的。防止低速率時無效載荷過大。
由於RLC，排程和速率自適應機制均位於基站，動態的PDU大小很容易為LTE所支援。
媒體接入控制（MAC）：
MAC層處理邏輯通道複用，混合ARQ重傳，上行和下行排程。使用載波聚合時，還負責跨多個組分載波的多路複用/解複用。
MAC層為RLC層以邏輯通道的形式提供服務。
邏輯通道一般分為兩大類：控制通道和業務通道
控制通道：用於傳輸執行LTE系統所必須的控制資訊及設定資訊；
業務通道：用於使用者資料的傳輸。
傳輸通道上的資料被組織成傳輸塊，在每個傳輸時間間隔（TTI）內，不採用空間多工，空中介面最多傳輸一個帶有動態大小的，去往/來自一個終端的傳輸塊；採用空間多工（MIMO），每個TTI最多可以有兩個傳輸塊。
MAC功能的一部分是不同邏輯通道的複用和邏輯通道對映到適當的傳輸通道。
上行鏈路傳輸通道：UL-SCH；下行鏈路傳輸通道：DL-SCH。
為了支援優先順序管理，多個邏輯通道可以被MAC層複用到一個傳輸通道，對於每個RLC的PDU，在MAC頭中存在一個關聯的子頭。
排程：
LTE無線接入基本原則之一是共用通道傳輸，即在使用者之間動態共用時域和頻域資源。資源塊對應1ms時間和180kHz的時頻單位。
上行鏈路和下行鏈路的排程在LTE系統是分開的，並且上行鏈路和下行鏈路的排程決策是可以相互獨立制定的。
下行鏈路排程負責控制對哪些終端進行傳輸，並且控制每一個終端中的DL-SCH應基於哪些資源塊集合進行傳輸。
上行鏈路排程器負責控制哪些終端將在其各自的UL-SCH上傳輸以及使用上行鏈路的哪些時域和頻域資源。
帶有軟合併的混合ARQ：
提供抵抗傳輸錯誤的魯棒性，混合ARQ重傳速度快，混合ARQ協定是MAC層的一部分，而軟合併的實際處理由物理層控制。
混合ARQ並不適合所有型別業務，混合ARQ只為DL-SCH和UL-SCH所支援；
LTE的混合ARQ協定使用多個並行的停等過程；
下行鏈路的重傳可能發生在初次傳輸之後的任何時間（協定是非同步的），並有一個明確的混合ARQ程序數來指示正在處理的是哪個程序；
上行鏈路重傳基於一種同步協定，重傳發生在初始傳輸之後的預定時間，並可以間接推匯出程序號。
混合ARQ可以迅速糾正由於噪聲或不可預知的通道波動所產生的傳輸錯誤，RLC也可以；
混合ARQ和RLC的結合既能保證巡迴時間短，又能提供可靠的資料傳輸。
物理層（PHY）：
物理層負責編碼，混合ARQ處理。調變，多天線處理，以及將訊號對映到適當物理時域和頻域資源。
沒有對應傳輸通道的物理通道稱為L1/L2控制通道，它們用於下行控制資訊（DCI）的傳輸，為終端提供正確接收及解碼下行鏈路資料傳輸所需的資訊；上行控制資訊（UCI）用來為排程器和混合ARQ協定提供有關終端狀態的資訊；側向控制通道（SCI）用來處理側向鏈路的傳輸。
控制平面協定：
負責建立連線，行動性管理和安全性管理。
狀態機：
LTE中終端可以存在兩種不同的狀態：RRC_CONNECTED和RRC_IDLE狀態；
RRC_CONNECTED狀態下，建立了RRC環境，即終端與無線接入網路之間通訊所必要的引數對於兩個實體是已知的，終端屬於哪個小區是已知的；針對去往/來自終端的資料傳輸；上行鏈路是否與網路同步有兩個子狀態IN_SYNC和OUT_OF_SYNC；
RRC_IDLE狀態下，無線接入網路不存在RRC環境，終端不屬於某個特定小區，不能維持上行同步