Die Netz- und Protokollarchitektur von UMTS wurde grundlegend überarbeitet, um den Anforderungen von LTE gerecht zu werden um langfristig auch Dienste wie IPTV und Games-On-Demand anbieten zu können. LTE verwendet eine paketbasierte Netzarchitektur, um hohe Datenraten und kurze Latenzzeiten zu erreichen. Die LTE-Basisstation übernimmt eine wichtige Rolle, sie verwaltet die Funkressourcen bzw. die Zeitablaufsteuerung (Scheduling) der Teilnehmer und initiiert Verbindungen auf der Luftschnittstelle. Damit entfällt der UMTS Radio Network Controller (RNC) und die Zahl der netzinternen Schnittstellen kann deutlich reduziert werden.

Die LTE-Basisstation übernimmt im Wesentlichen die Funktionen des Radio Network Controller. Viele bisher von UMTS bekannte Mechanismen sind für LTE weiter vereinfacht worden. So setzt LTE für die Datenübertragung ausschließlich auf das Prinzip Shared Channel, das den dynamischen Zugriff verschiedener Nutzer auf die Luftschnittstelle erlaubt und sich damit optimal für paketorientierte Dienste eignen. Im Gegensatz zu den klassischen Kabel Leitungen, weist ein LTE-Netz einem Nutzer eine Ressource auf dem Shared Channel nicht für die gesamte Dauer der Verbindung zu, sondern nur dann, wenn ein Datenpaket zu übertragen ist. In Übertragungspausen kann diese Ressource anderen Teilnehmern zugewiesen werden.

Durch die Kombination mit Verfahren zur Link-Adaption lässt sich die Leistungsfähigkeit des Shared Channels weiter steigern. Außerdem kann die Basisstation frequenzabhängige Scheduling-Entscheidungen treffen, wenn zum Beispiel die Verbindungsqualität in einem bestimmten Bereich der Bandbreite besser ist als in einem anderen. Der Scheduling-Mechanismus ist somit sehr komplex, bestimmt aber wesentlich die Leistungsfähigkeit von LTE. Besonders hervorzuheben sind die hohen zeitlichen Anforderungen: Die Basisstation muss in jeder Millisekunde eine neue Scheduling-Entscheidung treffen.

Ein wichtiger Punkt, besonders aus Sicht von Netzbetreibern, ist die Integration von LTE in die bestehenden Mobilfunknetze der Standards (3G WCDMA und 2G / 2.5G GSM / GPRS). Der Wechsel zwischen LTE-Netzen und den Netzen anderer Standards soll reibungslos und unbemerkt von den Mobilfunkteilnehmern verlaufen. Im Unterschied zum bisherigen UMTS verzichtet LTE auf den Compressions Modus. Dieses Verfahren ist vergleichsweise komplex zu implementieren, in LTE liegt es nun an der Basisstation.