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LTE的系统架构分成两部分，包括演进后的核心网EPC（MME/S-GW）和演进后的接入网E-UTRAN。演进后的系统仅存在分组交换域。
LTE接入网仅由演进后的节点B（evolved NodeB）组成，提供到UE的E-UTRA控制面与用户面的协议终止点。eNB之间通过X2接口进行连接，并且在需要通信的两个不同eNB之间总是会存在X2接口。LTE接入网与核心网之间通过S1接口进行连接，S1接口支持多—多联系方式。
与3G网络架构相比，接入网仅包括eNB一种逻辑节点，网络架构中节点数量减少，网络架构更加趋于扁平化。扁平化网络架构降低了呼叫建立时延以及用户数据的传输时延，也会降低OPEX与CAPEX。
由于eNB与MME/S-GW之间具有灵活的连接（S1-flex），UE在移动过程中仍然可以驻留在相同的MME/S-GW上，有助于减少接口信令交互数量以及MME/S-GW的处理负荷。当MME/S-GW与eNB之间的连接路径相当长或进行新的资源分配时，与UE连接的MME/S-GW也可能会改变。
