FMM 大戰 LMM – SOFR 企穩 Part II

  • 2020 年 2 月 26 日
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引言

本文是金融工程特別系列的第二篇

  1. FMM 大戰 LMM – SOFR 企穩 Part I
  2. FMM 大戰 LMM – SOFR 企穩 Part II

金融工程正規系列

  1. 弄清量化金融十大話題 (上)
  2. 弄清量化金融十大話題 (下)
  3. 金融工程高度概覽
  4. 日期生成
  5. 變數計算
  6. 模型校正
  7. 曲線構建 I – 單曲線
  8. 曲線構建 II – 多曲線 (基差)
  9. 曲線構建 III – 多曲線方法 (抵押品)
  10. 測度轉換 (上) – 等價物轉換
  11. 測度轉換 (下) – 漂移項轉換
  12. 產品估值理論
  13. 產品估值 – 解析法和數值積分法 (CF)
  14. 產品估值 – 偏微分方程有限差分法 (PDE-FD)
  15. 產品估值 – 蒙特卡洛模擬法 (MC)
  16. 產品風險理論 (AAD)
  17. 風險計量 – 敏感度 (Greeks & Sensitivities)
  18. 風險計量 – 風險價值 (VaR)
  19. 價值調整 – 凸性調整
  20. 價值調整 – Quanto 調整
  21. 價值調整 – 時間調整
  22. 價值調整 – CVA
  23. 價值調整 – DVA
  24. 價值調整 – FVA
  25. 價值調整 – MVA
  26. 價值調整 – KVA

前言

在上貼中「FMM 大戰 LMM 1」中,我們主要解決了用 RFR 複合利率來替代 IBOR 的痛點,即兩者的利率範式都不同

  • 前者是後顧型(backward-looking)利率,在終止日才能知道其值
  • 後者是前瞻型(forward-looking)利率,在起始日就已經知道其值

解決方案就是設計出一個「前瞻型」的 RFR 複合利率。具體來講在區間 [Tn-1, Tn] 上用 Fn(t) 來代表這樣的前瞻型利率,它和 LIBOR Market Model (LMM) 里的 IBOR Ln(t) 的範式相同,都是在 Tn-1 上定盤,而且利率有效的期限都是 [Tn-1, Tn]。

但在定價利率複雜產品時需要對一連串的 Fn(t) 進行建模,這時我們需要在某個特定測度下推出每個Fn(t) (n = 1, 2, …, N) 的隨機微分方程(Stochastic Differential Equation, SDE)。類比 LMM 的叫法,對 Fn(t) 建的模型就叫做 FMM,全稱是 Forward Market Model。這就是本帖講解的內容,目錄如下:

目錄

第一章 – 基礎知識

1.1 延伸版 T-遠期測度

1.2 向前看 vs 向後看的即期利率

1.3 向前看 vs 向後看的遠期利率

1.4 FMM vs LMM 比較

第二章 – 遠期市場模型 FMM

2.1 期限結構

2.2 風險中性測度下的 Fn(t)

2.3 即期測度下的 Fn(t)

2.4 Tk-遠期測度下的 Fn(t)

第三章 – RFR 產品估值

3.1 RFR 期貨

3.2 RFR 掉期

3.3 RFR 上下限

3.4 RFR 掉期期權

3.5 RFR 期限結構類產品

3.6 RFR 複雜產品

第四章 – FMM 模型校正

4.1 波動率建模

4.2 相關性建模

2

Forward Market Model

2.1

期限結構

首先制定出一組期限結構(tenor structure),供一串遠期利率在上面玩耍。

FMM 框架中的遠期利率基於一個固定的期限結構 0 = T0 < T1 < … < TN,每個區間的年限為 τn= Tn – Tn-1, n = 1, 2, …, N, 一般是 3 個月或者 6 個月,[Tn-1, Tn] 也稱為遠期利率 Fn(t) 的累積區間。對於每個時間 t,定義索引函數 η(t) = min{n: Tn ≥ t},它表示離 t 最近但大於 t 的期限所對應的索引,即 Tη(t)-1 ≤ t < Tη(t).

當我們寫出 Fn(t) 的時候,通常假設 n ≥ η(t),要不然 Fn(t) 已經是常數而失去了模擬的意義。

在 Tn-遠期測度下,Fn(t) 是鞅,因此漂移項為零,

,其中

是該測度下的計價物。對於其他計價物 N(t),我們有以下漂移項轉換公式,見「漂移項轉換」一貼里的小節 2.4 的結論。

公式 [E1] 特別重要,下面用三種常見的計價物和對應的測度具體化 [E1]。

  • N(t) 是銀行存款 β(t),所以 QA 是風險中性測度 Q
  • N(t) 是離散銀行存款 B(t),所以 QA 是即期測度 QB
  • N(t) 是 Tk 時到期的零息債券 P(t, Tk),所以 QA 是 Tk-遠期測度 QT_k

2.2

風險中性測度下的 Fn(t)

在公式 [E1] 中將 N(t) = β(t),QN = Q,那麼 Fn­(t) 在測度 Q 下的漂移項為

之前已推出 β(t) = ~P(t, 0),既銀行存款可看成是到期日為 0 的零息債券

因此我們有

在 Q 測度下,Fn­(t) 的 SDE 為

其中 WnQ(t) 是 Q-布朗運動的第 n 個元素。

不難發現 Fn­(t) 的漂移項和 F1(t) 到 Fn(t)里的縮放因子 g1(t) 到gn(t)有關係,又由於 gi(t) 在 t > Ti 時等於 0,因此我們在模擬 Fn(t) 時不需要每次從 1 到 n 的設置 i,而只需從 η(t) 到 n,解釋如下圖。

因此我們可以簡化 Fn­(t) 的 SDE 為

LMM 中的遠期利率在風險中性測度下的漂移項是有跳躍的,因此我們只能用即期測度來近似它,但是 FMM 中的遠期利率在風險中性測度下的漂移項是沒有跳躍,驗證如下。

2.3

即期測度下的 Fn(t)

在公式 [E1] 中將 N(t) = B(t),QN = QB,那麼 Fn(t) 在測度 QB 下的漂移項為

離散銀行存款 B(t) 的公式可以從 T0 累積(accumulate)到 Tη(t),再從 Tη(t) 折現(discount)到 t,如下圖所示

那麼 B(t) 的公式為

將 B(t) 帶入最上面公式的對數項。為了簡化之後的推導,我們提出和 t 無關的項作為 C。

因此我們有

在 QB 測度下,Fn­(t) 的 SDE 為

其中

是 QB-布朗運動的第 n 個元素。

在 LMM 框架中,我們通常用 QB 測度來近似 Q 測度,因此無法量化兩者之間的差距,但在 FMM 框架中,我們可以量化。比較在 Q 測度和 QB 測度下的漂移項,發現兩者只差一項,解釋如下。

2.4

Tk-遠期測度下的 Fn(t)

在公式 [E1] 中將 N(t) = P(t,Tk),QN = QT_k,那麼 Fn(t) 在測度 QT_k 下的漂移項為

和前面推導過程相似,我們用 Fi(t) 帶表示遠期折現因子。

因此我們有

在 QT_k 測度下,Fn­(t) 的 SDE 為

其中

是 QT_k-布朗運動的第 n 個元素。

本帖推導出了 Fn(t) 在三種測度下的 SDE,表面上看起來很複雜,實際只要你記住那麼通用的漂移項轉換公式 [E1],並且知道每個測度對應的計價物,再想辦法用 Fn(t) 來表示計價物,之後的推導水到渠成。

下帖是重頭戲,我會一頓操作猛如虎啊的講解各種和 RFR 掛鉤的衍生品的定價。