home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Computerized Investing - Spreadsheet Collection / Spreadsheet Collection.iso / pc / ibm11 / bond.doc next >
Encoding:
Text File  |  1991-07-11  |  13.4 KB  |  304 lines

  1. Using a Spreadsheet to Determine Bond Price Volatility
  2. By Fred Shipley, Ph.D.
  3. Computerized Investing, September/October 1988
  4.  
  5.      The volatility in the stock market over the past year
  6. caused many investors to consider fixed-income investments
  7. as a means of reducing variability in their portfolios. 
  8. For some investors, however, the fairly steady climb in
  9. interest rates since the market crash has led to an
  10. erosion in portfolio values.  To help you evaluate the
  11. volatility inherent in fixed-income investments, we are
  12. presenting in this issue a spreadsheet template that
  13. allows you to calculate bond values based on knowledge of
  14. the coupon rate, the length of time to maturity and the
  15. current market rate of interest.  (All of these terms and
  16. the basics of bond pricing are explained later.)  In
  17. addition, you will be able to see how bond prices can
  18. change with changes in market interest rates.  In
  19. particular, you can examine (with a little extra work) the
  20. effects of changing interest rates on the total value of a
  21. bond portfolio, including a bond mutual fund.
  22.  
  23.      Fixed-income securities are investments that make a
  24. promise to pay a specific dollar return for some fixed
  25. period of time.  We usually refer to longer-term fixed-
  26. income investments as bonds, and problems of volatility
  27. are more relevant to intermediate- and long-term
  28. investments.  Short-term fixed-income investments are
  29. those with a maturity of no more than one year, and they
  30. are usually called money market investments. 
  31. Intermediate-term investments have maturities from one to
  32. seven years, and long-term bonds have maturities of more
  33. than seven years.  The longest term bonds rarely have
  34. maturities of more than 30 years.  These definitions
  35. correspond with the SEC requirements for descriptions
  36. applied to bond mutual funds.  Since the dollar payments
  37. are usually fixed when the bonds are first issued, a
  38. change in market interest rates will cause a change in the
  39. market value of the bonds.
  40.  
  41.      The first rule of bond price changes is the inverse
  42. relation between market values and market interest rate
  43. changes.  If market interest rates go up, the value of the
  44. fixed interest and principal payments you expect to
  45. receive goes down.  Conversely, if interest rates fall,
  46. the value of the bonds will increase.  Put simply, the
  47. bond market rallies when interest rates fall.
  48.  
  49.      Two factors are of primary importance in determining
  50. the degree of volatility or price sensitivity of a bond
  51. investment -- the coupon rate and the time to maturity. 
  52. The coupon rate is the interest rate on the bond that is
  53. established at the time of issuance.  The higher the
  54. coupon rate, the less the value of the bond will change in
  55. response to interest rate changes.  Then again, the lower
  56. the coupon rate, the more the value of the bond will vary
  57. with changes in market interest rates.  Essentially, the
  58. higher coupon provides more cash flow and provides it
  59. earlier, so it acts as an anchor reducing the impact of
  60. interest rate changes on price changes.
  61.  
  62.      Maturity is the second important factor affecting the
  63. degree of price volatility.  The longer the time before a
  64. bond matures, the more sensitive its value will be to
  65. interest rate changes.  Since bond values change inversely
  66. to the change in interest rates, a long-term, low-coupon-
  67. rate bond will suffer a very great decrease in value when
  68. interest rates increase; a short-term, high-coupon rate
  69. bond will change relatively little in value.  The longer-
  70. term maturity means that it takes longer for investors to
  71. recover their initial investment and so the market value
  72. of the bond is more sensitive to changes in market
  73. interest rates.
  74.  
  75.      Frequently maturities and coupon rates available in
  76. the market have offsetting effects.  For example, from the
  77. late 1970s to the early 1980s when interest rates were
  78. quite high, newly issued bonds carried high coupon rates
  79. (which mean less volatility) and had longer maturities
  80. (which means greater volatility) than bonds issued several
  81. years previously.  Consequently it is important to have a
  82. measure of price sensitivity to interest rate changes that
  83. takes account of both maturity and coupon effects. 
  84. Financial analysts use such a measure of price volatility
  85. -- it is known as duration.  Duration is a weighted-
  86. average time measure.  Using present value weightings, in
  87. which later cash flows are less valuable than earlier cash
  88. flows, it indicates a weighted-average maturity.  Because
  89. of this weighting scheme, we can say that, regardless of
  90. the coupon rate and the maturity of different bonds, we
  91. can say that a bond with longer duration will be more
  92. volatile than one with the shorter duration.  Thus
  93. duration is directly related to price volatility caused by
  94. interest rate changes.   Unfortunately, duration is a
  95. fairly complicated concept, both in terms of intuition and
  96. mathematics.
  97.  
  98.  
  99. Basics of Bond Valuation
  100.  
  101.      The value of a bond is simply the present value of
  102. the cash payments through maturity to the bondholder.  In
  103. the case of a bond with a fixed coupon rate, this stream
  104. of cash payments is relatively easy to determine.  There
  105. may be uncertainty whether the issuer will in fact make
  106. all the payments as required, but at least there is a
  107. legal commitment to make certain payments -- interest at
  108. specified intervals and repayment of principal at
  109. maturity.  The only other ingredient necessary to complete
  110. the valuation is the appropriate market rate of interest. 
  111. This market rate of interest is the current return being
  112. offered on bonds of similar risk and maturity.  We won't
  113. worry in detail about that now, since we are simply
  114. interested in understanding the effect of changing rates
  115. on value.  All we must do is use an estimate of the future
  116. level of rates.  This can be something we get from reading
  117. an economic forecast in the paper or an estimate based on
  118. our own evaluation of economic and market conditions.
  119.  
  120.      We will start by assuming that our valuation is done
  121. at an interest payment date.  In the case of a typical
  122. bond, this means that we will not receive another payment
  123. for 6 months (since almost all corporate bonds make semi-
  124. annual interest payments).
  125.  
  126.      Most spreadsheets provide a present value function
  127. that is quite handy for this valuation.  The @PV function
  128. in 1-2-3 computes the present value of a series of equal
  129. payments if you specify the amount of the payment, the
  130. appropriate interest rate to use and the number of periods
  131. the payments will be made.  This @PV function, however,
  132. only works for constant dollar payments, and a bond does
  133. not quite have only constant dollar payments.  If you hold
  134. the bond to maturity the last payment received will
  135. include the repayment of principal as well as the final
  136. payment of interest.  We can get around this problem by
  137. treating the interest and principal payments separately.
  138.  
  139.  
  140. Necessary Data Inputs for Bond Template
  141.  
  142.      The data necessary to compute duration is entered in
  143. rows five through nine and includes the number of years to
  144. maturity (15 1/2 years, for example is entered as 15.5),
  145. the principal amount ($1,000, except in special cases),
  146. the coupon rate (enter the rate as a decimal), and the
  147. market interest rate (you can get a reasonable number to
  148. use from Barron's Market Laboratory section if you know
  149. the bond's rating).  The BONDIRR template deals with more
  150. complicated situations in which your have to calculate
  151. values in between interest payment dates.
  152.  
  153.      In rows 11 through 15, some useful values are
  154. calculated.  The formula for determining the market value
  155. is in cell C13.  The first part of this equation computes
  156. the present value of the interest payments, the second
  157. part computes the present value of the repayment of
  158. principal.  (The present value function in 1-2-3 computes
  159. the present value of a stream of payments; this is
  160. somewhat different from commonly used terminology.)  It
  161. might be tempting to simply refer to cell C11, where the
  162. semi-annual interest payments are calculated, instead of
  163. $C$7/2*$C$6 in the first part of the @PV function.  This
  164. was not done however, because the formula is to create a
  165. two-way data table.  Lotus allows only one input formula
  166. for determining the values in a two-way data table and
  167. making the reference to C11 there would result in all the
  168. values staying at $1,000.  None of those values would
  169. change no matter what you did to the data table.
  170.  
  171. Establishing a Data Table to Determine Price Sensitivity
  172.  
  173.      Rather than dealing with the complications of
  174. duration now, the data table (sensitivity analysis)
  175. capability of 1-2-3 was used to see the effect of changing
  176. interest rates and maturity on values.  This is
  177. particularly useful for dealing with portfolios of bonds,
  178. as long as we can determine the average maturity and
  179. average coupon on the portfolio.  We will deal with those
  180. issues later.
  181.  
  182.      Setting up the data table was a two step process. 
  183. First a table was created for bond prices, then we that
  184. table was used to make a table of percentage price
  185. changes.  This latter table can be used to create some 1-
  186. 2-3 graphs illustrating the price sensitivity.
  187.  
  188.      The important things to remember in setting a data
  189. table are that the formula used to create the values must
  190. appear in the upper left hand corner, the first data input
  191. values are those along the left hand side of the table,
  192. and the second input values are along the top of the
  193. table.  Finally, remember that the table range must
  194. include the bordering rows and columns.
  195.  
  196.      If you change the input variables, you can update the
  197. data table by simply pressing the F8 (table) key.  1-2-3
  198. automatically updates the most recently created table.  If
  199. you are using more than one data table, you will have to
  200. manually recreate the older table.
  201.  
  202.      While the tables in the bond template are not very
  203. big, it may take a while to recalculate, especially on a
  204. regular IBM PC or clone.  More complicated data tables can
  205. take 15 to 20 minutes or more to recalculate.  Be prepared
  206. to deal with these delays.  It is better to make all the
  207. changes you want to make before recalculating large data
  208. tables.
  209.  
  210.      To simplify the evaluation of the degree of price
  211. sensitivity, the first table of prices was used to a
  212. separate table that gives percentage price changes.
  213. Looking at percentage changes allows you to make easier
  214. comparisons between bonds or bond portfolios of different
  215. coupons and maturities.
  216.  
  217. Some Further Information about Duration
  218.  
  219.      Since duration indicates price sensitivity, we
  220. included the formula to calculate in cell C14.  For any
  221. coupon-bearing bond, duration is always less than the
  222. bond's term to maturity and it tends to reach a limit,
  223. which is related not to maturity, but rather to the
  224. current market interest rate.  This limit is given by the
  225. formula:
  226.  
  227.                                     1
  228.      Duration Limit =    1  +  ----------
  229.                                    YTM
  230.  
  231.           where:            YTM is the bond's market yield.
  232.  
  233. For the a bond with a market interest rate of 8%, this
  234. formula gives us:
  235.  
  236.                                      1
  237.      Duration Limit      =  1  +  ƒƒƒƒƒƒƒ
  238.                                     .08
  239.  
  240.                          =  1  +  12.5
  241.  
  242.                          =  13.5 yrs.
  243.  
  244.      So a perpetual bond with an 8% coupon and 8% market
  245. yield has a duration that is only 13.5 years.
  246.  
  247.      If you are evaluating a number of bonds or bond
  248. portfolios, you may not want to create detailed price
  249. sensitivity tables for each one.  In this case, using the
  250. duration formula will enable you to get a rough feel for
  251. the sensitivity.  You can then perform the more detailed
  252. analysis on a smaller number of bonds.
  253.  
  254.  
  255. Using Duration to Analyze Price Sensitivity
  256.  
  257.      While we know that longer duration means greater
  258. price sensitivity to market interest rate changes, nothing
  259. we have done so far indicates the magnitude of the effect. 
  260. For relatively small market interest rate changes, the
  261. formula below is a useful approximation of the percentage
  262. change in bond price:
  263.  
  264.  
  265. Approximate                        Change in market rate 
  266.      %           =  -(Duration) x -----------------------
  267. Price Change                         (1 + market rate)
  268.  
  269.  
  270.  
  271.  
  272. Suppose we expect interest rates to increase from 8% to 9%. 
  273. According to the formula, the approximate percentage price change
  274. would be
  275.  
  276. Approximate                    (.09 - .08)
  277.      %             =   -(8.99) -----------
  278. Price Change                    (1 + .08)
  279.  
  280.                    =  -(8.99) x (.0093)
  281.  
  282.                    =  -.0832 or
  283.  
  284.                    =  -8.32%
  285.  
  286.      From the bond template we can see that the actual
  287. percentage price change is -8.14%.
  288.  
  289.      If interest rates were to decrease from 8% to 7%,
  290. this approximation formula would give us an 8.32%
  291. increase, whereas the actual percentage increase is 9.20%. 
  292. This illustrates the approximation that is part of this
  293. formula, but it makes for some quick calculations.  This
  294. also illustrates another important feature of bond price
  295. sensitivity.  Changes in value are not symmetric for
  296. market interest rate increases and decreases.  A 1%
  297. increase in rates will always give a smaller percentage
  298. decrease in value than the percentage increase in value
  299. from a 1% decrease in rates.  In this way investors have a
  300. little protection if they guess wrong about the direction
  301. of changes in market rates.
  302.  
  303. (c) Copyright 1988 by the
  304. American Association of Individual Investors