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LTE项目由国际主流移动通信标准组织（3GPP）于2005年初启动。在此之前，国际上以美国企业为主的WiMAX产业阵营，大力推动移动宽带业务向WiMAX网络演进。传统移动运营企业为满足移动宽带业务的快速发展需求，并为了应对WiMAX的挑战，推动3GPP设立了LTE项目，以保持3GPP标准的长期竞争力。该项目设立后于2008年12月完成了LTE第一个版本的技术规范，即R8，形成了面向下一代移动通信系统的技术框架，实现了100Mbps峰值吞吐量的系统设计目标。此后，逐年对标准中的相关技术进行增强设计或者引入新型技术以追求更高的传输速率，同时将相应的标准化工作写入新的版本中，于2009发布了第二个标准版本R9。
LTE作为新一代宽带无线移动通信技术，以OFDM（正交频分多址）和MIMO（多输入多输出）技术为基础，并在移动通信空中接口技术中全面采用优化的分组数据传输方式。LTE与3G采用的CDMA有本质区别，因此可认为LTE采用了4G的技术。LTE大量采用了当前移动通信领域最先进的技术和设计理念，包括“简化的扁平网络架构”、“OFDM多址技术”、“多天线MIMO技术”、“快速的自适应分组调度”和“灵活可变的系统带宽”等，实现了高效的无线资源利用，其性能大大高于传统的3G移动通信系统。LTE增强技术（LTE-Advanced，LTE-A）是国际电联认可的第四代移动通信（4G）标准。LTE包括TDD和FDD两个版本，其中我国主导了TD-LTE的发展，提交的TD-LTE-Advanced标准已经成为4G标准之一。
相比于传统的3G网络，LTE对网络架构都进行了创新性的扁平化设计，同时采用了OFDM、多天线、分组自适应传输、高阶调制等先进的技术方案，促进了系统性能的大幅度提升。
无线接入网需要为新的物理层宽带传输技术提供足够的网络通信带宽，同时还应该满足低时延、低复杂度和低成本的要求。结合这些考虑，LTE采用了扁平化的网络结构，接入网仅包含功能增强的基站eNodeB，去掉了基站中心控制节点RNC，以分布式的处理机制支持网络灵活高效的运作。
LTE的多址技术不再沿用传统3G系统长期采用的CDMA技术，改用OFDM技术为基础的多址方式，其中下行采用OFDM技术，上行采用单载波OFDM技术，即DFT-SOFDM。采用OFDM技术一方面能够有效提高频谱资源利用率，另一方面可以很好地抵抗多径影响。此外，OFDM技术还能很好地支持多天线技术（MIMO），进行有效的联合技术方案设计。
LTE采用多天线技术（MIMO）以满足系统在高数据率和高系统容量方面的需求。根据天线部署形态和实际应用情况可以采用发射分集、空间复用和波束赋形三种不同的MIMO实现方案。对于大间距非相关天线阵列可以采用空间复用方案，同时传输多个数据流，实现很高的数据传输速率；对于小间距相关天线阵列，可以采用波束赋形技术，将天线波束指向用户，减少用户间干扰；而对于控制信道等需要更好地保证接收正确性的场景，发射分集是一种合理的选择。
基于分组传输方案的设计在物理层不再采用专用信道进行数据传输，而是使用共享信道，从而可以对信道资源进行灵活的分配与使用，有效提高了资源利用效率。OFDM和MIMO技术给LTE系统带来了四维的空中资源——频域、时域、码域和空域，系统在这四个维度上均可以对用户进行灵活的调度，根据信道状态自适应调整资源的分配和传输方式，使LTE系统蕴含了更强大的技术潜力。
提供高峰值速率是LTE下行链路需要解决的主要问题。为实现LTE系统下行100Mbps峰值速率的目标，在3G移动通信原有的QPSK，16QAM基础上，LTE增加了64QAM高阶调制，以提升数据传输速率。
LTE系统支持FDD和TDD两种双工方式。在这两种双工方式下，系统的大部分设计是一致的，尤其是高层协议方面。在系统底层设计方面，FDD和TDD则尽可能在物理层的设计上保持一致，但对于FDD、TDD两种双工方式所带来的不同物理特性，LTE FDD和TD-LTE系统需要为此进行一系列专门的设计，下面对这些设计进行简要的描述与讨论。
双工方式的不同，对空中接口无线帧结构产生最直接的影响。由于FDD采用频率来区分上/下行，其单方向的信号传输在时间上可以是连续的；而TDD采用时间来区分上/下行，其单方向的信号传输在时间上则是不连续的，而且需要保护时间间隔来避免两个方向的无线信号之间的收发干扰，因此形成了TD-LTE与LTE FDD不同的帧结构设计。
同步信号是另一项体现双工方式不同之处的设计。LTE中用于小区搜索的同步信号包括“主同步信号”和“辅同步信号”。在TDD和FDD两种帧结构中，同步信号具有不同的相对位置及绝对位置：由于同步信号是终端进行小区搜索时最先检测的信号，所以不同相对位置的设计使得终端在接入网络的初始阶段就可以检测出网络的双工方式，即LTE FDD或者TD-LTE。
不同的双工方式对应的随机接入信道设计也有所不同。TD-LTE允许采用频分的方式，在同一时间上存在多个随机接入信道，而LTE FDD系统同一时刻只允许一个随机接入信道的存在，即仅在时间域上改变随机接入信道的数量。在TD-LTE中，时间资源已经在上/下行进行了分配，同时由于不同的上/下行配比的存在，可能存在上行子帧数目很少的情况（如DL:UL=9:1），因此需要支持频分的随机接入信道，即在同一时间位置上通过不同频率提供多个随机接入信道，以便为系统提供足够的随机接入信道的容量。
此外，短RACH（Random Access Channel，随机接入信道）是TD-LTE的另一项特殊设计。短RACH在特殊时隙的最后部分（即UpPTS）进行发送，这样在网络条件允许的情况下，就可以利用这一部分的资源完成上行随机接入操作，有效避免占用正常子帧的资源。
LTE FDD利用频率区分上/下行，可以在时间上提供连续的上/下行数据传输，因此不存在上/下行时隙配比问题。而TD-LTE利用时间区分上/下行，需要对上/下行时隙资源进行相关的定义和分配。在标准中TD-LTE中支持七种不同的上/下行时间配比，从将大部分资源分配给下行的“9:1”到上行占用资源较多的“2:3”，在实际使用时，网络可以根据业务量的特性灵活地选择配置。
LTE FDD的上/下行的时隙资源在单方向上都是连续的，而且子帧数目相等。由此在FDD的HARQ机制中，下行数据与其对应的上行确认反馈ACK/NACK之间可以建立一对一的对应关系。与此不同的是，在TDD的情况下，单方向的资源不是连续的，因此可能无法获得对应的时间上的资源。另外，TDD上/下行配比的设置可能使得上/下行的子帧数目不相等，因此无法建立一一对应的关系。为了解决以上问题，TD-LTE系统引入“Multiple ACK/NACK”的概念，即使用一次ACK/NACK信号完成对前续若干个下行数据的反馈，这样就解决了上/下行时隙不对称带来的反馈问题，同时还减小了数据的传输时延，数据无须再等待到下一个上行时隙进行反馈。
FDD双工方式中上/下行工作在不同的频段，上/下行信道不具有互易性，因此必须要开销上行控制信道对下行信道进行估计反馈。而TDD双工方式的上/下行工作在同一频段，上/下行信道具有互易性，因此无须私用上行控制信息反馈量化后的下行信道状态信息PMI，可直接根据终端发送的上行探测参考信号（SRS）来估计信道状态的状态信息，并根据此信息引入单流波束赋形的传输模式。
3GPP为了满足国际电信联盟（ITU）IMT-Advanced（即4G）的技术需求，在2008年启动了LTE R10的技术研究工作，并将其称为LTE-Advanced（简称为LTE-A），已被国际电信联盟接纳为4G国际标准。LTE-A在R10基础上进一步增强，已形成三个版本R10、R11和R12，目前正在开展R13的研究，预计于2016年结束。
与传统的3G系统相比，LTE具备各方面的技术优势，具体体现在高数据速率、分组传送、延迟降低、广域覆盖和后向兼容等方面。LTE系统包含FDD和TDD两种模式，在20MHz系统带宽的情况下，LTE R8下行峰值速率超过300Mbps，而上行峰值速率也超过了80Mbps。随着LTE R10版本（LTE-Advanced）技术的进一步增强，系统支持100MHz的带宽，峰值速率超过1Gbps。
LTE系统的各个版本R8、R9和R10（即LTE-Advanced）之间是平滑演进的关系，新版本后向兼容前面的版本，下面对这些版本的性能指标进行比较和分析。
① 系统带宽。
●LTE R8/R9可灵活配置1.4MHz到20 MHz的带宽。
●LTE-Advanced通过频谱聚合技术，最大支持100MHz的全系统带宽，可灵活配置、支持连续或者非连续的频谱使用。
② 峰值速率。
●LTE R8在20MHz系统带宽时峰值速率要求：下行超过100Mbps；上行超过50Mbps。
●LTE-Advanced的技术进一步增强，峰值速率要求：下行达到1Gbps；上行超过500Mbps。
③ 系统延迟。
●LTE R8用户平面内部单向传输时延要求低于5ms；控制平面从睡眠状态到启动状态迁移时间要求低于50ms，从驻留状态到启动状态的迁移时间要求小于100ms。
●LTE-Advanced进一步降低了系统时延：控制平面从睡眠状态到启动状态迁移时间要求低于10ms，从驻留状态到启动状态的迁移时间要求小于50ms。
④ 移动性。
●LTE R8支持终端在整个系统范围内的移动性，为低速（～015 km/h）移动终端提供最优服务，对中速（15～120 km/h）移动终端实现较高性能，同时支持高速（120～350 km/h）移动终端。
●LTE-Advanced在支持最大350 km/h的不同移动速度的基础上，重点解决低速（0～10 km/h）移动环境中的高速数据传输问题，同时要求中/高速移动环境中的数据传输速率至少要与LTE R8相同，并进一步降低技术成本和能耗等。
⑤ 覆盖。
●LTE R8：当小区覆盖半径在5km以下时，应该满足LTE项目的所有性能要求；对于小区覆盖半径小于30km的，可以允许一定的性能损失；系统应该支持100km的小区覆盖半径。
●LTE-Advanced保持了对LTE R8的覆盖需求。
⑥ 增强的MBMS。
●LTE R8/R9支持增强的广播多播业务（MBMS）。
●LTE-Advanced的MBMS目标性能高于LTE R8/R9，尤其是在目标频谱效率方面。
⑦ 复杂度。
LTE/LTE-Advanced的系统和终端均需要具有合理的复杂性、成本和功耗，支持增强的IMS（IP多媒体子系统）和核心网，尽可能地后向兼容，同时考虑系统性能提高与后向兼容之间的平衡。
⑧ 与3GPP其他无线接入技术的共存和互操作。
LTE/LTE-Advanced可以与3GPP其他无线接入技术（GERAN/UTRA）实现邻频共站址共存，支持与现有的3GPP和非3GPP系统的互操作。
LTE-Advanced性能相比LTE取得进一步提高之外，还需要满足ITU IMT-Advanced需求，ITU IMT-Advanced具体需求如下。
这里的目标性能需求指国际电信联盟无线电通信部门（ITU-R）规定的IMT-Advanced需求，其中天线配置为下行4×2，上行2×4。
① 扇区频谱效率。
扇区频谱效率为所有用户的总吞吐率除以有效带宽、频率复用因子和扇区总数。各种场景中，下行和上行扇区频谱效率需求见表2-1。
表2-1 IMT-Advanced不同场景下的扇区频谱效率需求
② 小区边缘用户频谱效率。
小区边缘用户频谱效率为用户频谱效率5%的CDF值。各种场景中，下行和上行小区边缘用户频谱效率需求见表2-2。
表2-2 IMT-Advanced不同场景下的小区边缘用户频谱效率需求
③ VoIP容量。
VoIP容量基于12.2kbps编码率、0.5激活率和不满足QoS的用户小于2%的条件进行统计，其中不满足QoS的用户定义为在50ms的时延内成功传输的VoIP包少于98%（即大于2%的VoIP包传输时延超过50ms）的用户。VoIP容量为下行和上行容量的最小值，所以在VoIP容量计算时，还需要考虑上下行比例。不同场景下VoIP容量需求见表2-3。
表2-3 IMT-Advanced不同场景下VoIP容量需求
④ 移动性。
ITU定义了四种移动性类型：静止、步行、车速和高速。在不同ITU场景下，支持的移动性见表2-4。
表2-4 IMT-Advanced不同场景下支持的移动性
若终端在不同场景中以对应的移动速度移动，上行数据频谱效率能够满足表2-5中的描述，则认为支持此移动类型。
表2-5 IMT-Advanced不同场景和移动环境下的上行用户频谱效率需求
LTE-Advanced不断完善和增强系统性能，如频谱效率、网络容量、用户体验、组网能力、业务支持能力等，目前已经完成R10、R11和R12三个标准版本，正处于制定第四个版本（R13）标准阶段。
LTE R10是LTE-Advanced的第一个版本，其标准化工作于2011年3月正式完成，引入了载波聚合、中继、异构网干扰消除等技术，并在LTE技术上增强了多天线技术，进一步提升系统性能，最大支持100MHz带宽，支持8×8天线配置，系统峰值吞吐量提高到1Gbps以上。
LTE R11在R10基础上进一步增强。LTE R11支持协作多点传输（CoMP）技术，通过同小区不同扇区间协作调度或多个扇区协同传输，不仅提高了系统吞吐量，还有效提升了小区边缘用户的传输速率。在R11中还设计了新的控制信道ePDCCH，用于获得多天线的增益，并降低异构网络中控制信道间干扰。此外，LTE R11进一步增强载波聚合技术，支持时隙配置不同的多个TDD载波间聚合。
LTE R12是目前LTE-Advanced的最新版本，主要标准化工作已完成，于2015年初冻结。LTE R12针对室内外热点等场景进行优化，称为LTE-Hi或小小区增强，提升系统频谱效率和运维效率，具体关键技术包括更高阶调制（256QAM），小区快速开关和小区发现，基于空中接口的基站间同步增强，宏微融合的双连接技术，业务自适应的TDD动态时隙配置等。多天线技术在R12中得到进一步优化，包括下行4天线传输技术增强，小区间多点协作技术增强等，并研究三维多天线的传播信道模型，为后续垂直赋形和全维MIMO传输技术研究做准备。此外，LTE R12支持终端间直接通信，利用终端间高质量的通信链路提升系统性能。
LTE R13标准化工作于2016年初完成，LTE-Advanced进一步向提升网络容量、增强业务能力、更灵活使用频谱等方面发展。具体包括垂直赋形和全维MIMO传输技术，LTE许可频谱辅助接入（LAA），以及面向低成本、低功耗、广覆盖物联网优化、LTE车联网等技术研究和标准化工作。